Le laser de puissance du futur s'invente chez Thales et à l'École Polytechnique

Des milliers de fibres optiques amplificatrices en parallèle pourront créer des impulsions laser surpuissantes dix mille fois par seconde. Un nouveau concept de laser dont les laboratoires de Thales et de l’X comptent faire une première démonstration en 2017. Pour en faire quoi ? Des accélérateurs de particules en modèle réduit, des chasseurs de débris spatiaux...

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Le laser de puissance du futur s'invente chez Thales et à l'École Polytechnique

Toujours plus grand, toujours plus puissant. Les équipements comme le LHC, l’accélérateur de particules du Cern qui doit redémarrer ses expérimentations cette année, nous ont habitués à cette idée : plus on veut détecter l’infiniment petit, plus il faut d’énergie pour sonder la matière, et plus il faut des installations gigantesques. Un anneau de 27 km pour le LHC, ponctué de détecteurs hauts comme des cathédrales. Et ce n’est pas fini…

Mais il existe désormais une autre option. C’est du moins ce que proposent les promoteurs du CAN (Coherent amplification network), une nouvelle génération de lasers de très grande puissance, qui seraient capables d’accélérer des particules sur des distances très courtes, et pour un coût bien moindre.

Le principe du CAN repose sur la mise en parallèle de milliers de fibres optiques. Dans chacune d’elle, un faisceau laser est amplifié. La recombinaison cohérente des faisceaux permet d’obtenir des impulsions très courtes et très puissantes, à la cadence de plusieurs milliers de tirs par seconde, alors que les lasers surpuissants d’aujourd’hui sont limités à une impulsion par seconde.

Le coup d’envoi du laser CAN remonte à 2013 : la conclusion du projet européen ICAN, piloté par Gérard Mourou de l’École Polytechnique, avec une première démonstration de la recombinaison cohérente des faisceaux laser continus issus de 64 fibres en parallèle. Les laboratoires de l’École sont maintenant associés à un industriel, Thales, pour un projet de 4 ans qui doit mener à l’étape suivante : toujours avec une soixantaine de fibres, réaliser effectivement l’amplification et des impulsions de l’ordre de la femtoseconde (10^-15 seconde).

délivrer des petawatts à la cadence de 10 kHz

"Cet accord a aussi pour but d’élargir la coopération à d’autres experts du domaine – université d’Iéna (Allemagne), université de Southampton (Royaume-Uni) – pour monter un nouveau projet européen, avec des industriels", précise Denis Levaillant, directeur des activités laser de Thales.

Un laser CAN permettrait d’accélérer des électrons à des énergies considérables (giga électron volts, GeV) sur une distance de l’ordre du centimètre : une voie pour réaliser des accélérateurs "miniatures". Mais Thales et l’X espèrent aussi qu’on pourra envoyer un laser dans l’espace, pour le nettoyer des nombreux débris qui le polluent. Et la technologie trouverait aussi des débouchés en médecine (proton thérapie, fabrication de radio isotopes), ou encore dans le traitement de déchets nucléaires.

Mais pour délivrer des petawatts (1015 watts) à la cadence de 10 kHz, les chercheurs ont de nombreux défis à relever. "Le principal est d’obtenir des fibres microstructurées adaptées aux impulsions courtes de très fortes puissances", indique Denis Levaillant. Thales a déjà prévu de collaborer sur ce thème avec des experts de Lannion (iXFiber), de Limoges (l’institut XLIM) et de Lille (laboratoire Phlam). Ensuite ? Il faudra prouver que l’architecture du démonstrateur, prévu pour 2017, est extensible à des milliers de fibres. Et se pencher sur l’industrialisation du nouveau concept de laser. Des lasers CAN dans l’accélérateur de particules qui succédera au LHC ? Peu probable, car les études ont commencé dès avant sa mise en route en 2008. Mais après ? L’option est ouverte.

Thierry Lucas

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