Avec le laser, « On peut réduire la radioactivité d’un million d’années à 30 minutes » Gérard Mourou, prix Nobel de physique

Gérard Mourou, professeur émérite de l’École polytechnique a été récompensé par le prix Nobel de physique 2018. Il partage cette récompense avec la Canadienne Donna Strickland pour avoir conjointement élaboré une méthode de génération d’impulsions optiques ultra-courtes de haute intensité, ainsi qu’avec Arthur Ashkin pour l’invention des pinces optiques et de leurs applications médicales. The Conversation l’a rencontré à l’École polytechnique, le jour de l’annonce du prix.

La technique qui m’a valu le Nobel

J’ai obtenu le Nobel pour l’invention d’une technique laser appelée chirped pulse amplification (CPA) : une méthode de génération d’impulsions optiques ultra-courtes de haute intensité. Elle permet d’obtenir des puissances considérables, d’aller dans des domaines de la physique qu’on ne pouvait pas atteindre. Les puissances de laser atteintes aujourd’hui sont de l’ordre de 1021 W/cm2. Elles permettent d’obtenir des pressions, températures et champs électriques extrêmement élevés en laboratoire.

Amplification par étalement et recompression des impulsions (CPA). Strickland et Mourou, Opt.Comm.56, 219 (1985)

Avant le développement de cette technique, on était gêné car on arrivait à un certain seuil de puissance où on ne pouvait plus amplifier. Le champ électrique laser était tellement élevé que l’on endommageait le matériel optique lui-même.

C’est en 1983, avec mon étudiante Donna Strickland avec qui je partage ce Nobel que nous avons imaginé la CPA.

Notre idée était d’étaler dans le temps les composantes de fréquence et allonger les pulsations de quelques femto secondes (10-15 secondes) à quelques nano secondes (10-9). Cela diminue leur intensité et permet de les amplifier sans saturation. Un second système de réseaux recomprime ensuite les pulsations amplifiées. Un énorme gain en intensité est réalisé. C’est comme au karaté : on délivre une puissance très importante dans un temps très, très bref.

Lorsque j’ai soumis cette idée à Donna, en lui demandant de la mettre en œuvre, elle m’a répondu que c’était « facile » et que ça « ne constituait même pas un sujet de thèse ». Je peux lui dire aujourd’hui, qu’elle avait raison ce n’était pas un sujet de thèse, c’était un sujet de prix Nobel !

Un laser surpuissant pour la chirurgie de l’œil

La plus connue des applications, c’est la chirurgie de l’œil : c’est notre invention ! Ce que l’on appelle la chirurgie femto seconde réfractive de l’œil et de la cornée. L’impulsion est tellement courte que l’on peut faire une ablation alors que la matière n’a pas le temps de suivre, donc rien n’est détruit autour. Le risque d’effet délétère pour le patient est ainsi minimisé et notre technique a permis de corriger la vue de millions de personnes.

Tout est parti d’un accident : au début de l’utilisation de ce laser, un étudiant était en train de monter son expérience, d’aligner le laser. D’un coup « pof », il prend un coup de laser dans l’œil ! On l’amène à l’hôpital et quand l’interne l’a examiné, il s’est exclamé : « incroyable ! Qu’est ce que c’est comme laser ? » L’œil était endommagé, mais là, la blessure était « parfaite ». C’est-à-dire qu’il y avait une tâche, nette, sans débris autour, alors qu’habituellement une lésion provoquée par un laser ressemble à un volcan. On a pensé qu’il y avait là, matière à essayer cette technologie dans le domaine de l’ophtalmologie. Deux ou trois jours après, le médecin m’a téléphoné en me demandant de faire partie de notre équipe, et nous avons travaillé ensemble à l’élaboration de cette technique.

Une idée pour les déchets nucléaires

Celle qui me tient particulièrement à cœur est le traitement des déchets radioactifs avec nos techniques lasers. Je m’explique : prenez un noyau atomique : il est composé de protons et de neutrons, si on met un neutron en plus ou si on enlève un, ça change absolument tout. Ce n’est plus le même atome, ses propriétés vont alors totalement changer. La durée de vie de ces déchets est changée fondamentalement : on peut la réduire d’un million d’années à 30 minutes !