Le Nobel de physique à une Canadienne

Une physicienne, qui plus est une Canadienne, fait partie du trio de chercheurs qui a remporté le prix Nobel de physique 2018. Donna Strickland, de l’Université de Waterloo en Ontario, devient la troisième femme de l’histoire à obtenir le prix Nobel de physique, après Marie Curie en 1903 et Maria Goeppert-Mayer en 1963.

Donna Strickland, 59 ans, partage la moitié de la récompense avec son ancien directeur de thèse, le Français Gérard Mourou de l’École polytechnique à Paris, aujourd’hui âgé de 74 ans, pour l’invention en 1985 de la méthode d’amplification CPA (Chirped Pulse Amplification), qui a permis la fabrication de lasers ultrapuissants ayant aujourd’hui de multiples applications, notamment en ophtalmologie ainsi que dans l’étude de la matière.

La seconde moitié du prix a été décernée à l’Américain Arthur Ashkin de l’Université Cornell, 96 ans, qui a mis au point un système de « pinces lumineuses » capables de saisir de minuscules objets, telles des bactéries, et qui est abondamment utilisé pour étudier le vivant.

Au début des années 1980, les chercheurs faisaient face à l’impossibilité d’accroître la puissance des lasers, car dès que les impulsions laser devenaient trop intenses sur des temps très courts, elles endommageaient le matériau. En 1985, alors qu’il était professeur à l’Université Rochester, aux États-Unis, Gérard Mourou eut alors l’idée ingénieuse d’étirer les impulsions lumineuses dans le temps, puis d’amplifier leur niveau d’énergie, et une fois qu’elles auraient emmagasiné toute l’énergie désirée, de les comprimer. Au début, les chercheurs ont réussi à produire des impulsions dans la gamme de la picoseconde (10^-12 seconde). Puis, petit à petit, la technologie a progressé et elle permet aujourd’hui de produire des impulsions de quelques dizaines de femtosecondes (10^-15 seconde). Les grands laboratoires du monde ont pu faire la démonstration qu’il est désormais possible de générer une dizaine de pétawatts (10¹⁵) pendant quelques dizaines de femtosecondes.

Doctorante dans le laboratoire de Gérard Mourou à l’Université Rochester, Donna Strickland a « mis en oeuvre ces idées novatrices ». « Elle a probablement contribué à épurer le concept et à le démontrer expérimentalement. Elle a mis en place la partie expérimentale et a effectué les premières expérimentations d’utilisation de ce nouveau type de laser qui s’est avéré révolutionnaire », a précisé le spécialiste des lasers ultrarapides à l’Institut national de la recherche scientifique (INRS) à Varennes Jean-Claude Kieffer, qui connaît bien Mme Strickland et Gérard Mourou.

« Ce travail d’expérimentation, de mise en oeuvre est aussi complexe que l’idée. Ce serait une très grande erreur que de reléguer Donna Strickland à un rôle mineur, à celui d’accompagnatrice. Elle a eu un rôle majeur dans la conception des expérimentations, qui est toujours plus difficile dans un domaine, qui en est à ses balbutiements. On croit souvent que celui qui a imaginé le concept est celui qui a le plus de mérite. En fait, ceux qui réalisent les premiers pas sont tout aussi méritoires », a souligné M. Kieffer depuis Bordeaux. « Donna a ensuite démontré par quelques expériences le potentiel que présentait cette méthode. »

Jean-Claude Kieffer a commencé à collaborer avec Gérard Mourou à l’époque où il travaillait à l’Université Rochester. « Ses idées nous ont fortement inspirés et ont permis au laboratoire de l’INRS, et au Québec, de se positionner en première ligne de la science optique et photonique ultrarapide dans le monde », a-t-il indiqué avant de rappeler que, en 1992, l’INRS a été la première institution au monde à se doter de ce nouveau laser qui a permis de développer de multiples applications, comme déclencher la foudre, créer des accélérateurs de particules extrêmement compacts (d’un kilomètre de longueur tout au plus), voir le mouvement des molécules, produire des sources de rayons X pour la détection précoce du cancer du sein et découper la matière avec une précision permettant des chirurgies oculaires, telles que la correction de la myopie et de la cataracte.