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Sciences

Donna Strickland: un Nobel pour son laser révolutionnaire

16-01-2019

Donna Strickland au Conseil national de recherches du Canada à Boucherville, où elle a parlé, en novembre dernier, des promesses de la photonique en environnement. Photo: Valérian Mazataud

L’automne dernier, la Canadienne Donna Strickland est devenue la troisième femme à remporter le prix Nobel de physique pour ses travaux sur les lasers.

Quand Gérard Mourou, son superviseur au doctorat, a demandé à Donna Strickland de fabriquer un laser radicalement différent de ce qui existait alors, elle lui a répondu que « c’était facile » et que « ça ne constituait même pas un sujet de thèse ». « Je peux lui dire aujourd’hui qu’elle avait raison, écrivait M. Mourou en octobre dernier. Ce n’était pas un sujet de thèse, c’était un sujet de prix Nobel ! » Le duo a gagné la plus prestigieuse récompense en physique, cuvée 2018, pour avoir « ouvert la voie aux impulsions laser les plus courtes et les plus intenses jamais créées par l’humanité ». Depuis la publication en 1985 d’un article détaillant l’«amplification par dérive de fréquence», des millions de chirurgies de correction de la vision ont été rendues possibles grâce à cette technique. Scientifique discrète et pragmatique, Donna Strickland s’est retrouvée, du jour au lendemain, sous les feux de la rampe. Alors qu’elle jonglait avec les demandes médiatiques à la suite de l’annonce des lauréats, elle a pris le temps de répondre à nos questions.

***

Québec Science : Comment avez-vous appris que vous remportiez le prix Nobel ?
Donna Strickland : Le Comité Nobel appelle toujours les lauréats au même moment de la journée, vers cinq heures du matin dans notre fuseau horaire. Je dormais et, quand j’ai entendu le téléphone sonner, j’ai tout de suite pensé à mes enfants. Rapidement, mon mari a décroché et m’a dit que quelqu’un voulait parler à la professeure Strickland. Ça m’a rassurée. On m’a alors dit que c’était un appel important de la Suède. Je savais que le prix Nobel était décerné ce jour-là, mais je ne pensais certainement pas le gagner.

QS Pour quelle raison avez-vous entrepris, il y a plus de 30 ans, de fabriquer un laser aux impulsions plus courtes et plus intenses ?
DS Dans les années 1980, personne n’arrivait à augmenter l’intensité des lasers. Pour mon projet de doctorat, j’avais besoin d’un laser plus intense afin d’atteindre la « neuvième harmonique », c’est-à-dire de faire en sorte qu’un atome absorbe neuf photons simultanément. Maria Goepper – Mayer, la deuxième femme à avoir reçu le prix Nobel de physique [NDLR: Donna Strickland est la troisième], a d’ailleurs été la première à montrer théoriquement qu’un atome pouvait absorber plus d’un photon à la fois. Cependant, elle ne se souciait pas des difficultés techniques que cela impliquait…

QS Comment fonctionne l’amplification par dérive de fréquence ?
DS L’idée, c’est de produire des impulsions très intenses, mais seulement à la sortie du laser. Si la densité de photons à l’intérieur du dispositif est trop grande, cela pourrait le détruire. Dans notre expérience de 1985, nous avons donc étiré une impulsion [de 150 picosecondes ou millièmes de milliardième de seconde] à environ 300 picosecondes. Ensuite, on l’a amplifiée grâce à une seconde source d’énergie. Puis, on l’a compressée à l’aide d’une lentille afin d’obtenir l’impulsion la plus courte possible [2 picosecondes]. La densité de photons est alors énorme et le faisceau est prêt à « donner une volée » à un atome.

Dans sa jeunesse, ma mère avait voulu poursuivre des études en mathématiques et en sciences mais, en tant que femme, elle n’en avait pas eu l’occasion. J’ai entendu cela haut et fort toute ma vie : « Tu devrais faire ce que tu veux et pas ce que les autres pensent que tu devrais faire. »

Donna Strickland

QS Quelles sont les applications de cette technique aujourd’hui ?
DS Vous avez peut-être déjà vu ces vidéos sur YouTube où un faisceau laser coupe de l’acier comme si c’était du beurre. L’amplification par dérive de fréquence est complètement différente. En fait, il n’y a pas plus d’énergie dans une seule impulsion de notre montage de 1985 que dans un pointeur laser qu’on active pendant une seconde. Cependant, cette énergie est extrêmement concentrée et ne frappe qu’un tout petit volume, d’un micromètre sur un micromètre, soit à peu près la taille d’une longueur d’onde de lumière. Ainsi, l’amplification par dérive de fréquence permet de faire du travail de précision, comme usiner de petites pièces d’électronique ou effectuer des chirurgies oculaires. Car le beau côté de cette machine-là, c’est que, en recombinant l’impulsion en un point précis avec une lentille, on peut traverser des matériaux transparents, comme du verre ou une cornée, sans les abîmer. Et c’est seulement à cet endroit que l’intensité est assez forte pour déloger les électrons ou changer l’indice de réfraction de la cornée.

QS Y a-t-il un scientifique en particulier qui vous a donné le goût de vous lancer en physique ?
DS Les gens m’ont beaucoup posé cette question, et j’ai essayé de me rappeler mon enfance afin de comprendre pourquoi je suis devenue la personne que je suis maintenant. J’ai réalisé que ce sont surtout mes parents qui m’ont influencée. Mon père était ingénieur en électricité et ma mère enseignante d’anglais. Dans sa jeunesse, ma mère avait voulu poursuivre des études en mathématiques et en sciences mais, en tant que femme, elle n’en avait pas eu l’occasion. J’ai entendu cela haut et fort toute ma vie : « Tu devrais faire ce que tu veux et pas ce que les autres pensent que tu devrais faire. »

QS Vous avez étudié en génie. Pourquoi ne pas avoir tout de suite plongé dans la physique si vous étiez déjà passionnée par la science fondamentale ?
DS Une partie de moi croyait que je ne serais pas assez douée pour mener une carrière universitaire en physique. Mon père et ma sœur avaient fait des études de génie, cela me semblait donc un choix naturel pour décrocher un bon emploi. Et puis, quand j’ai vu le programme de génie physique à l’Université McMaster, j’ai tout de suite pensé que c’était pour moi. Je me suis alors mise à marcher sur la ligne entre la physique et le génie, et j’ai gardé un pied dans chaque monde tout au long de ma carrière.

QS Quand vous avez obtenu le prix Nobel de physique, les médias ont soulevé le fait que vous n’étiez pas professeure titulaire à l’Université de Waterloo, où vous enseignez. Pourquoi ne jamais avoir posé votre candidature à ce poste ?
DS Je ne sais pas… Quand j’étais présidente de l’Optical Society of America [OSA], on m’avait suggéré de postuler, mais j’étais alors trop occupée. Aujourd’hui, cependant, ça y est, je suis professeure titulaire. Mais cela ne change rien. Je n’ai pas de meilleur salaire, l’Université ne m’offre pas de nouvelles ressources. La seule différence, peut-être, c’est que je devrai siéger à de nouveaux comités, ce qui est plutôt un désavantage…

QS Les femmes sont beaucoup moins nombreuses que les hommes en physique. Constatez-vous des perspectives professionnelles différentes en fonction du sexe ?
DS Je n’ai jamais eu l’impression d’être traitée différemment au cours de ma carrière, mais j’ai entendu de nombreuses femmes raconter qu’elles trouvaient le milieu encore très difficile. Je ne peux pas vraiment me prononcer, car je n’ai rien vécu de tel. Mais il y a toujours place à l’amélioration. Il faut que les débouchés soient les mêmes pour les deux sexes. Et de la même manière, j’espère que les hommes qui souhaitent devenir infirmiers réussissent dans la profession. En gros, j’espère que tout le monde puisse faire ce dont il a envie.

QS L’accès à la physique pour les femmes dans d’autres pays doit être beaucoup moins facile…
DS Certainement. Je suis très chanceuse d’avoir grandi au Canada. C’est l’une des nombreuses façons dont la chance m’a souri dans la vie.

QS Comment aimeriez-vous utiliser votre statut de lauréate du prix Nobel ?
DS J’aimerais encourager les gouvernements à utiliser la photonique pour prendre des mesures environnementales. Cette idée date d’avant le prix Nobel. Je fais partie d’un comité de l’OSA qui milite pour cela depuis l’Accord de Paris sur le climat. Si l’on veut apporter des changements dans nos émissions de gaz à effet de serre, il faut voir à ce que ces changements produisent les effets voulus. La photonique n’est pas la seule manière de s’en assurer, mais je crois que c’est un outil très puissant. J’en ferai donc la promotion dans les prochaines années et j’espère bien me faire entendre par le gouvernement canadien. Nous aimerions avoir un institut ici, au Canada, spécialisé dans le monitorage environnemental. Les chercheurs en photonique ne devraient pas être les seuls à cette table : nous essaierons d’avoir des spécialistes d’autres disciplines.

QS Quels types de mesures environnementales la photonique rend-elle possibles ?
DS Il y a de nombreuses applications environnementales pour les lidars [des lasers employés à la manière de radars], mais ce n’est pas tout. Par exemple, des collègues de l’Université Laval installent des détecteurs optiques dans le sol au nord du pays pour évaluer l’état du pergélisol que les changements climatiques rendent beaucoup moins « permanent ». Il est aussi possible d’équiper des avions de spectromètres et de survoler des sites d’exploitation pétrolière pour vérifier si les entreprises respectent les règlements qui leur sont imposés. D’autres appareils optiques pourraient aussi être déployés dans les océans pour prendre des mesures afin d’adapter les modèles climatiques.

QS Et quelle influence aura le prix Nobel sur vos recherches personnelles ?
DS J’espère obtenir plus de fonds, ce qui pourrait grandement aider mon laboratoire. Et puis, plus d’étudiants d’un peu partout dans le monde voudront probablement se joindre à mon équipe et j’aurai de l’argent pour les payer. Avec un peu de chance, je profiterai de toutes les bonnes choses qui viennent avec un prix Nobel. Mais je n’aurai peut-être plus le temps de faire quoi que ce soit!

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