Gérard Mourou, Jean-Noël Mouret, Tana éditions
Gérard Mourou, physicien français, spécialiste des lasers, a reçu en 2018 le prix Nobel de physique. Il est le co-inventeur, dans les années 1980, d’une technique d’amplification laser (CPA). Après avoir été professeur émérite à l’Université de Michigan, il a dirigé le laboratoire d’optique appliquée. Dans cette biographie, il raconte comment il a vécu cette extraordinaire aventure scientifique. Dans le prologue, il parle du village de son enfance, Saint Martin de Pallières, « un lieu magique » en Provence. Il y a organisé le premier festival « Lumière et Laser » qui a réuni des chercheurs du monde entier, en particulier la physicienne Donna Strickland, le physicien Franck Krausz et l’astrophysicien Michel Mayor, trois prix Nobel.
Dans sa jeunesse, l’électricité comptait beaucoup dans sa famille paternelle. Son père, ingénieur EDF, en bon conteur, rendait les notions scientifiques faciles à comprendre. Il fut très marqué par la vitesse de la Lumière. « Quand le monde devient électronique », le transistor fut découvert aux Etats-Unis en 1947 et en France en 1948. Ce fut une révolution. En 1960 le physicien Théodore Maiman inventa le laser. Gérard Mourou intégra une école « La Nat ». Il était un élève rêveur mais ce défaut se révéla plus tard une qualité : « Dans ma carrière de chercheur, intuition et imagination font bon ménage avec la rigueur ». Diplômé de l’Université de Grenoble, il eut un poste à l’Ecole polytechnique. Son équipe fit une avancée spectaculaire : la mesure par tir de la distance Terre-Lune. Il fit une thèse de doctorat de troisième cycle dans la spécialité « Optique approfondie ».
Qu’est-ce que la lumière ? Gérard Mourou retrace l’histoire des découvertes scientifiques sur la lumière : en citant les expériences des anciens Grecs, le savant grec Alhazen, Copernic, Galilée, Descartes, Hippolyte Fizeau, Léon Foucault. Le débat lancé par Descartes sur la nature de la lumière se termina par un match nul : la lumière est un onde, Christian Huygens et une particule, Issac Newton !
Après sa thèse, il fit un post-doctorat à l’université de Californie où il travailla avec Le Pr Michael Malley qui possédait un laser seconde. Il a proposé une technique pour photographier les molécules en mouvement. Puis il refit « une expérience qui me fascinait : photographier la lumière en vol ». En France il intégra le Laboratoire d’optique appliqué (LOA) où il fit des expériences pour observer des électrons. De retour, aux Etats-Unis, au LLE à la pointe de la physique ultra-rapide.
Voulant des impulsions plus énergétiques, à cadence réduite. Il fit appel à Marcel Fournier, un ingénieux ingénieur, « pour développer un système électro-optique de manipulation et de synchronisation des impulsions laser à la fois simple et robuste ». Un prototype fut réalisé mais restait le problème du plafonnement de puissance. Il eut l’idée de combiner étireur et compresseur. Il était prouvé qu’on pouvait produire des intensités de l’ordre du térawatt. « En Montant au télésiège je pensais à la neige : en descendant j’avais la solution ». L’idée pour sortir le laser de l’impasse de la puissance, le CPA, lui est venue au ski : un bel exemple de sérendipité !
Pour comprendre comment fonctionne le laser, il donne l’exemple de deux groupes accomplissant le même trajet, le groupe où chacun marche d’un même pas selon une même trajectoire, est un faisceau laser. C’est la « cohérence » qui fait la différence. « Le laser fento-seconde a ouvert la voie à l’ultra-haute puissance de la lumière extrême… et a ouvert la voie à des applications exceptionnelles ». Dire qu’en 1960 on ne voyait pas l’utilité de cette invention !
Dans un laboratoire au Michigan, il continua ses recherches pour la conquête du femtoseconde et du pétawatt. En 1994, « l’idée d’utiliser ce filmant conducteur pour déclencher la foudre me vint immédiatement ». Encore un bel exemple de sérendipité, la découverte du phénomène de filamentation femtoseconde ! Au Japon, « le professeur Toshiki Tajima a montré la faisabilité de l’accélération de particules avec un laser ultra-intense. C’est aujourd’hui l’une des applications des plus importantes du laser CPA ».
Il raconte comment un accident providentiel, un chercheur dont un petit point de la rétine fut atteint par un laser eut pour conséquence l’utilisation du laser pour l’opération de la cataracte. « Chaque année, entre quatre et cinq millions de patients dans le monde sont opérés des yeux grâce à des lasers femtoseconde ». Un autre exemple de sérendipité !
Dans « la peinture à l’épreuve de la lumière », il montre comment l’évolution de la peinture est en prise directe avec la lumière, en reprenant les premiers théoriciens des effets de la lumière, Grimaldi, Newton, Goethe, Chevreul, et Fresnel qui influença William Turner « peintre de la lumière » et Claude Monet. Avec l’apparition de la photographie, les peintres vont jouer un autre rôle.
Au début des années 2000, il continue à vouloir augmenter la puissance des lasers. Il a collaboré avec des physiciens du CEA dont Robert Dautrey et Gérard Mainfray. De retour en France à l’Ecole polytechnique, le laser Apollon fut installé sur un site CEA, un des systèmes lasers les plus puissants du monde. ELI est un projet d’installations de laser pétawatt de pointe en Europe. Le projet Ican-Xcan a pour but de produire une puissance moyenne élevée.
En 2018, il reçoit le prix Nobel de physique. « Ce que j’aime dans ce prix, c’est qu’il offre la possibilité d’aller plus loin ». Il a ainsi pu lancer des recherches ambitieuses. Parmi les thèmes de recherche, le problème des déchets radioactifs émis par les centrales nucléaires. L’utilisation du laser femtoseconde pourrait être une solution. En 2025, il a accepté la direction d’un institut de physique nucléaire et une chaire de professeur à l’université de Pékin.
En conclusion il livre sa devise : « Vers les sommets par des chemins étroits »
Gérard Mourou, physicien, raconte, d’une manière vivante, ses cinquante de chercheur, une aventure extraordinaire, qui a mis au point des lasers ultra-puissants. Il permet ainsi au grand public de comprendre comment se font les découvertes scientifiques, en donnant des exemples précis de sérendipité. Absolument passionnant de découvrir les différentes étapes qu’un chercheur a franchies jusqu’au prix Nobel !
