Le laser le plus puissant du monde est de 2 000 trillions de watts – mais à quoi sert-il ?

Le faisceau laser le plus puissant jamais créé a récemment été tiré à l’université d’Osaka, au Japon, où le Laser for Fast Ignition Experiments (LFEX) a été renforcé pour produire un faisceau d’une puissance de pointe de 2 000 trillions de watts – deux pétawatts – pendant une durée incroyablement courte, environ un trillionième de seconde ou une picoseconde.

Des valeurs aussi grandes sont difficiles à saisir, mais on peut les considérer comme un milliard de fois plus puissantes qu’un projecteur de stade typique ou comme la puissance globale de toute l’énergie solaire qui tombe sur Londres. Imaginez que vous concentriez toute cette énergie solaire sur une surface aussi large qu’un cheveu humain pendant un trillionième de seconde : c’est essentiellement le laser LFEX.

Le LFEX n’est qu’un des nombreux lasers à ultra-haute puissance en cours de construction dans le monde, du gigantesque National Ignition Facility à 192 faisceaux en Californie au laser CoReLS en Corée du Sud, en passant par le laser Vulcan au Rutherford Appleton Laboratory près d’Oxford, au Royaume-Uni, pour n’en citer que quelques-uns.

Il existe d’autres projets en cours de conception, dont le plus ambitieux est probablement l’Extreme Light Infrastructure, une collaboration internationale basée en Europe de l’Est, qui vise à construire un laser dix fois plus puissant que le LFEX.

Qu’est-ce qui pousse les scientifiques du monde entier à construire ces joyaux de la technologie optique et électronique ? Qu’est-ce qui suffit à convaincre les hommes politiques d’allouer des fonds de recherche aussi importants pour soutenir ces énormes projets ? Eh bien, la première raison qui vient à l’esprit est l’effet de surprise associé aux lasers. Mais il y a bien plus que le simple fait d’exciter l’imagination des scientifiques et des passionnés.

Des lasers aussi puissants sont le seul moyen dont nous disposons pour recréer les environnements extrêmes que l’on trouve dans l’espace, comme dans l’atmosphère des étoiles – y compris notre Soleil – ou au cœur de planètes géantes telles que Jupiter. Lorsque ces lasers ultra-puissants sont tirés sur de la matière ordinaire, celle-ci est instantanément vaporisée, ce qui donne lieu à un gaz ionisé extrêmement chaud et dense, que les scientifiques appellent un plasma. Cet état extrême de la matière est extrêmement rare sur Terre, mais très courant dans l’espace – près de 99 % de la matière ordinaire de l’Univers serait à l’état de plasma.

Les lasers ultra-puissants nous permettent de créer une petite réplique de ces états extrêmes et des objets de l’Univers de telle sorte qu’ils puissent être étudiés de manière contrôlée en laboratoire. D’une certaine manière, ils nous permettent de voyager dans le temps, puisqu’ils peuvent recréer les conditions rencontrées dans l’Univers primitif, quelques instants après le Big Bang. Ces environnements extrêmement denses et chauds, que seuls des lasers ultra-puissants peuvent créer, nous ont déjà beaucoup appris sur l’évolution de notre Univers et son état actuel.

D’un point de vue plus pratique, les installations laser ne sont pas seulement intéressantes pour leur apport à la recherche théorique, elles sont également au cœur d’applications pratiques cruciales. Par exemple, les recherches actuelles sur la production d’énergie alternative et propre ou sur les soins de santé. Le LFEX s’applique principalement aux premières, puisqu’il est construit pour étudier la recherche sur la fusion nucléaire.

Contrairement à la fission nucléaire, la fusion nucléaire ne génère pas de déchets radioactifs. Cela signifie que les combustibles de fusion sont beaucoup plus faciles à stocker et à manipuler – nous pouvons utiliser l’eau de mer et le lithium, un peu plus maniable et facile à trouver que l’uranium.

La fusion nucléaire est ce qui crée et maintient l’immense énergie des étoiles, mais elle nécessite un apport important de puissance pour déclencher la réaction en chaîne. Les lasers de forte puissance tels que le LFEX sont les meilleurs candidats pour cette tâche. Les résultats préliminaires sont d’ailleurs encourageants : l’an dernier, un essai réalisé au National Ignition Facility américain a permis de générer plus d’énergie qu’il n’en a dépensé en une seule fois.

Recherche peu coûteuse sur les particules

Cette catégorie de lasers ultra-puissants est également très attrayante car elle représente une alternative beaucoup plus compacte et peu coûteuse (en comparaison) aux énormes accélérateurs de particules tels que ceux du CERN, qui mesurent plusieurs kilomètres de long. Les accélérateurs de particules à haute puissance, pilotés par laser, peuvent générer des rayons X de très haute qualité sans avoir recours à des particules radio-isotopes qui doivent être manipulées avec précaution. Ces rayons X pilotés par laser peuvent ensuite être utilisés pour prendre des images à haute résolution de tissus biologiques dans un système vraiment compact et peu coûteux. Par exemple, cette tomographie d ‘un insecte pilotée par laser.

Les chercheurs travaillent également à l’utilisation de faisceaux d’ions pilotés par laser pour le traitement du cancer. Cette technique a jusqu’à présent été limitée en raison du coût et de la taille des accélérateurs conventionnels. La thérapie du cancer par laser serait abordable pour un nombre beaucoup plus important d’hôpitaux, ce qui permettrait de mettre cette technique efficace de traitement du cancer à la portée d’un nombre beaucoup plus important de patients.

L’ultra-haute puissance que le LFEX peut délivrer, ne serait-ce que pendant un bref instant, n’est donc pas seulement un nouveau jouet fantaisiste, mais une étape passionnante dans l’application de la technologie laser à un plus grand nombre de disciplines – du monde apparemment abstrait des débuts de l’Univers aux utilisations très réelles des outils de diagnostic des maladies ou de lutte contre le cancer.