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Matière et lumière en conditions extrêmes

Depuis la création du laser il y a plus de 50 ans, les progrès continus dans la diminution de la durée des impulsions (quelques femto-secondes) et dans l’augmentation de leur énergie permettent d’atteindre des puissances considérables : 10 PW aujourd’hui pour le projet Apollon, le Zetawatt demain.

>Ces puissances permettent d’atteindre des densités surfaciques de flux considérables et de recréer en laboratoire les conditions qui prévalent au cœur des étoiles et des planètes.
>L’objectif est ainsi de comprendre le comportement de la matière dans ces conditions extrêmes, ou encore de contribuer à la maîtrise de l’énergie de fusion.
>Ces puissances de lasers permettent également de créer des sources secondaires de rayonnement et d’envisager de nouvelles applications pour le contrôle non-destructif, pour la protonthérapie, ou encore d’envisager de nouvelles technologies d’accélérateurs de particules.

Autant de projets sur lesquels les laboratoires de l’École polytechnique sont au tout premier plan international.


Des exemples de projets de l'École polytechnique :

Vers des protons énergétiques pour la santé
De nombreuses applications, notamment d’imagerie et de proton-thérapie, pourront découler des recherches menées sur l’interaction laser-plasma. Leurs principes s’appuient sur la production d’une source de protons de haute énergie. Grâce aux simulations effectuées avec le code PIC du Centre de Physique Théorique (CPHT), des chercheurs du CPHT, du Laboratoire des Solides Irradiés (LSI) et du Laboratoire d’Utilisation des Lasers Intenses (LULI) ont montré que l’excitation d’une onde de surface, générée lors de l’interaction d’une impulsion laser intense et ultra-courte avec une cible non plane (dite structurée), permet une augmentation de l’énergie des protons par rapport à celle obtenue dans le cas de l’interaction avec une cible plane. Ces résultats ont été validés expérimentalement sur l’installation laser Ultra-Haute Intensité (UHI) du CEA-Saclay.

Quand le laser rencontre les champs magnétiques intenses
Le Laboratoire d’Utilisation des Lasers Intenses (LULI) dispose d’un nouveau dispositif couplant lasers  et  champs  magnétiques  intenses.  Il  permet de contrôler et d’étudier le plasma, un état de la matière ionisée présent en grande quantité dans l’univers. Ce procédé présente donc un fort intérêt pour l’astrophysique et la fusion nucléaire (fusion par confinement inertiel). Les premiers résultats, obtenus en collaboration avec le Centre Lasers Intenses et Applications (Talence, France) et le Laboratoire d’Étude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique (Meudon, France), permettent dorénavant de tester certains modèles astrophysiques d’évolution de plasmas. En parallèle, les installations laser LULI2000 et ELFIE du LULI ont été couplées avec un dispositif capable de produire des champs magnétiques pulsés intenses (jusqu’à 40 Teslas) en collaboration avec le Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses (LNCMI) de Toulouse et le Centre Helmholtz de Dresde-Rossendorf en Allemagne, dans le cadre des projets SILAMPA de l’Agence Nationale de la Recherche (ANR) et ELAM du Triangle de la Physique.