Réduire l'activité des déchets nucléaires d'un million d'années à 30 minutes, le prix Nobel de physique y croit

Le 2 octobre, le physicien français Gérard Mourou a reçu le prix Nobel de physique pour ses travaux sur les lasers. Dans un article publié sur The Conversation, le chercheur explique l'une des applications possibles de sa technique : réduire considérablement la durée de vie des déchets nucléaires. Annonçant une collaboration avec le CEA (Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives), Gérard Mourou donne rendez-vous dans dix ans...

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Réduire l'activité des déchets nucléaires d'un million d'années à 30 minutes, le prix Nobel de physique y croit
Gérard Mourou, professeur émérite à l’École polytechnique et récompensé du prix Nobel de physique 2018 pour ses traux sur les lasers.

Et si nous parvenions à réduire la durée de vie des déchets nucléaires d’un million d’années à... 30 minutes ? C’est la promesse incroyable formulée par Gérard Mourou, professeur émérite à l’École polytechnique. Le mardi 2 octobre, il a reçu le prix Nobel de physique 2018 pour ses travaux sur les lasers avec le physicien américain Arthur Ashkin et la chercheuse canadienne Donna Strickland.

Le coup de sabre laser dans la poubelle radioactive serait bienvenu. La gestion des déchets nucléaires est un sujet explosif. Cet automne, en France, un débat public doit ouvrir sur le plan national de gestion des matières et déchets radioactifs (PNGMDR). En parallèle, le projet Cigéo (Centre industriel de stockage géologique) situé à Bure (Meuse) suscite des débats houleux.

Dans un article édité par Benoît Tonson et publié sur The Conversation (reproduit ci-dessous), Gérard Mourou explique le fonctionnement de la technique qui lui a valu le prestigieux prix Nobel. Le scientifique confie aussi qu’il va travailler avec le Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) pour proposer quelque chose d’ici dix à quinze ans. Ses recherches pourraient également servir dans la chirurgie de l’oeil.

Conversation avec Gérard Mourou, prix Nobel de physique 2018 :

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.

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 femtosecondes (10-15 secondes) à quelques nanosecondes (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 !

(Gérard Mourou est professeur émérite à l’École polytechnique. Crédit : École polytechnique - J.Barande)

Un laser surpuissant pour la chirurgie de l'oeil

La plus connue des applications, c’est la chirurgie de l’œil : c’est notre invention ! Ce que l’on appelle la chirurgie femtoseconde 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 !

On est déjà capable d’irradier avec un laser à grand flux beaucoup de matière d’un seul coup, la technique est donc parfaitement applicable et théoriquement rien ne s’oppose à une utilisation à échelle industrielle. C’est le projet que je suis en train de lancer en collaboration avec le CEA. Nous pensons que d’ici 10 ou 15 ans nous pourrons vous montrer quelque chose.

C’est vraiment ce qui continue à me faire rêver : toutes les applications futures de notre invention. Lorsqu’on travaille, c’est la passion qui nous anime, pas les espoirs de Prix Nobel. C’est notre curiosité qu’il nous faut assouvir. Après mon prix, je vais continuer !The Conversation

Benoît Tonson, Éditeur Science + Technologie, The Conversation

La version originale de cet article a été publiée sur The Conversation.

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