L’infrastructure de lasers de puissance Apollon en vidéo

Fin 2024, la première campagne expérimentale utilisant deux faisceaux de classe pétawatt (PW) a démarré sur Apollon. Situé sur le site du CEA de l’Orme des Merisiers, cette infrastructure de recherche de 4000 m² produit des faisceaux lasers à la fois très puissants et d’une durée très courte. Elle est pilotée par le CNRS et l’Ecole polytechnique au Laboratoire pour l’utilisation des lasers intenses (LULI*). Le Laboratoire d’optique appliquée (LOA*) et l’Institut d’Optique Graduate School sont aussi partenaires du projet.

En tout, quatre faisceaux lasers seront ainsi à disposition de la communauté scientifique internationale, sur appel à projet. Deux des faisceaux dépassent la puissance pétawatt, une caractéristique partagée par seulement trois autres installations mondiales (dont deux en cours de construction). Le principal atteint aujourd’hui 4 PW pour une durée d’impulsion de 18 millionièmes de milliardième de seconde seulement (femtoseconde). A terme, ce faisceau aura une puissance de 10 PW.

Pour générer ces caractéristique lasers si particulières, Apollon se base sur la technique CPA (« Chirped Pulse Amplification »), découverte par Donna Strickland et Gérard Mourou, récompensée par le prix Nobel de physique 2018. Cette technique permet d’amplifier grandement une impulsion courte, en l’étirant temporellement avant de la recomprimer. Ces étapes sont réalisées dans les différents étages de la grande salle laser d’Apollon, qui sont détaillées dans la vidéo ci-dessous.

Ces lasers, lorsqu’ils sont focalisés, permettent d’atteindre des champs électriques et des intensités extrêmes afin de sonder la matière, ou même le vide, dans des conditions inédites. Deux salles expérimentales sont ainsi dédiées à l’exploration de domaines encore peu connus. Parmi ceux-ci, l’électrodynamique quantique, la théorie qui rassemble l’électromagnétisme et la physique quantique, pourra être sondée « en champ fort », où des effets dits non-linéaires deviennent important et dont l’observation offrira de nouveaux éclairages. 

Les fortes intensités reproduiront également les conditions présentent dans des phénomènes astrophysiques afin de les reconstituer en laboratoire. Cela inclut, par exemple, l’étude de l’intérieur des étoiles, ou la formation des éléments chimiques (nucléosynthèse). Des états complexes de la matière, à l’intersection entre la matière condensée et les plasmas, nommés matière dense et tiède (Warm Dense Matter) seront aussi scrutés. 

L’interaction des lasers avec la cible sur laquelle ils sont focalisés créée enfin des particules (électrons, protons, photons de différentes longueurs d’onde comme des rayons X). L’étude de ces sources secondaires de rayonnement constitue un autre domaine de recherche couvert par Apollon avec de potentielles applications biomédicales. Pour en savoir plus sur la façon dont sont menées ces recherches, voici l’exemple en vidéo des travaux menés par Julien Fuchs, chercheur CNRS au LULI.

*LULI : une unité mixte de recherche CEA, CNRS, Sorbonne Université, École polytechnique, Institut Polytechnique de Paris, 91120 Palaiseau, France

LOA : une unité mixte de recherche CNRS, École polytechnique, ENSTA, Institut Polytechnique de Paris, 91120 Palaiseau, France