Paranovni - Sciences Parallèles

Un recours aux fibres optiques

Le secret du laser CAN à Réseaux Amplificateurs Cohérents ? D’abord, il y a le recours aux fibres optiques pour amplifier le signal : « Le principe repose sur des diodes laser, dont nous injectons le rayon qu'elles produisent à l'intérieur d'un faisceau de fibres optiques, explique Gérard Mourou au Journal de la Science. Les impulsions sont amplifiées séparément dans chaque fibre, puis recombinés ensemble en une seule impulsion géante rassemblant l'énergie de toutes les impulsions individuelles ».

Le recours à un faisceau de fibres optiques présente un atout majeur : un tel faisceau est doté d’une surface étendue, ce qui permet à la chaleur produite par les impulsions lumineuses de s’évacuer très rapidement. Offrant ainsi au laser CAN à Réseaux Amplificateurs Cohérents la possibilité d’émettre quelques 10 000 impulsions lumineuses par seconde, là où les lasers actuels n’émettent à peine qu’une impulsion par seconde : « Prenez les lasers actuels les plus performants que sont les lasers CPA, [NDLR : Gérard Mourou est l’inventeur des lasers Chirped Pulse Amplification, dits lasers CPA]. Ces lasers CPA sont certes capables de délivrer des impulsions d'une puissance absolument faramineuse, de l'ordre du Petawatt, soit 1000 fois la puissance du réseau électrique mondial, mais le problème est qu'ils évacuent la chaleur très lentement. Ce qui les contraint à ne pouvoir émettre qu'une impulsion par seconde environ. En effet, après chaque impulsion, il faut consacrer un temps important à l'évacuation de la chaleur ». En revanche, le laser CAN à Réseaux Amplificateurs Cohérents étant capable d'évacuer la chaleur très rapidement après l’émission d'une impulsion, il peut donc se permettre d'en émettre un très grand nombre par seconde…

Toutefois, pour pouvoir faire bénéficier le laser CAN des atouts de la fibre optique, il y avait au préalable un obstacle technologique de taille à lever, sur lequel la communauté des physiciens avait jusqu’ici toujours buté : synchroniser le signal lumineux émis par chacune des fibres du faisceau. « Il nous fallait disposer d'un faisceau dont chaque fibre était capable de délivrer un signal lumineux parfaitement en phase avec le signal émis par les autres fibres, détaille Gérard Mourou. Pour y parvenir, nous avons utilisé un interféromètre inventé par l'ONERA, l'Office National d'Etudes et Recherches Aérospatiales [NDLR : un interféromètre est un instrument permettant notamment de comparer plusieurs longueurs d'onde entre elles] capable de mesurer, quasiment en temps réel, la longueur d'onde du signal émis par chaque fibre. Grâce à ce dispositif, il nous a été possible de repérer dès qu'un décalage se créait entre les signaux lumineux, et donc de le corriger immédiatement. Des travaux que nous avons réalisés dans les laboratoires de Thalès Research Technology, en collaboration avec l'Institut d'Optique ». Résultat : un faisceau dont chaque fibre est capable d'émettre un signal sinusoïdal parfaitement aligné avec celui des autres fibres…

Quelles sont les applications potentielles du laser CAN ? Elles sont nombreuses, et surtout, spectaculaires. Tout d'abord, il y a la possibilité de concevoir une nouvelle génération d'accélérateurs de particules, beaucoup plus compacts : « Il sera possible d’accélérer des électrons jusqu'à des énergies très élevées, de l’ordre de plusieurs Giga electron Volts,  sur quelques centimètres seulement, alors que les accélérateurs actuels nécessitent plusieurs centaines de mètres pour y parvenir », explique Gérard Mourou. Qui plus est, ces accélérateurs très compacts seront capables, une fois mis en série, de délivrer des puissances considérables de l’ordre d'une dizaine de Tera électron Volts. On le devine, ces infrastructures pourraient permettre d’accélérer considérablement les recherches en physique des particules ».

Ramener la période radioactive du technétium 99  de 200 000 ans… à quelques minutes

Autre application potentielle : le traitement des déchets nucléaires. En effet, en bombardant certains isotopes radioactifs à l'aide d'un faisceau de neutrons accélérés par le laser CAN, il pourrait être possible de réduire considérablement la période radioactive de ces éléments (la période radioactive, dite aussi demi-vie, est le temps nécessaire pour que la radioactivité d'un élément radioactif diminue de moitié) : « Bombarder un isotope radioactif tel que le technétium 99 pourrait permettre de ramener sa période radioactive, qui est de 200 000 ans, à quelques secondes à peine ! explique Gérard Mourou. Et c'est aussi le cas pour plusieurs autres d'isotopes radioactifs, comme l'iode 129, dont il pourrait être possible de faire chuter la période radioactive, qui est de 15,7 millions d’années…  à quelques minutes seulement ».