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François Légaré et la physique attoseconde

L'éclaireur qui photographie les électrons
4 mai 2011 // par Amélie Daoust-Boisvert

« Je suis le fournisseur de photons ! », lance spontanément le professeur et chercheur François Légaré en présentant le laser imaginé dans son laboratoire du Centre Énergie Matériaux Télécommunications de l’INRS. À l’instar de spots et de flashs dans un studio de cinéma, les faisceaux lumineux sont destinés à filmer une grande vedette internationale traquée depuis longtemps, mais jamais fixée sur pellicule : l’électron.

 

Pour immortaliser avec netteté une formule 1, le photographe utilise un flash et une exposition rapides, de l’ordre d’un millième de seconde. Imaginons maintenant l’électron de l’atome d’hydrogène, filant autour du noyau comme sur une piste de course.

 

« Ça lui prend 152 attosecondes pour faire le tour, soit approximativement une minute à une F1 pour [parcourir le] circuit Gilles-Villeneuve, illustre François Légaré. Si je veux voir ce mouvement, ça prend un flash de lumière d’autant plus court. Comme on photographie une F1 avec un très bon appareil photo. » Mais quand on dit un flash de lumière court, on parle de très, très court. Ce sur quoi se base la nouvelle science attoseconde.

 

L’attoseconde est à la seconde ce que la seconde est… à l’âge de l’univers, soit 13 milliards d’années ! À terme, cette nouvelle branche de la physique permettra de filmer les molécules et de voir les électrons former les liaisons chimiques. Les physiciens rêvent de tourner ces « films moléculaires ». Comme le dit le physicien et professeur du Centre Énergie Matériaux Télécommunications, « mon intérêt est de sonder la réaction chimique en temps réel, car il y a plein d’applications à ces flashs de lumière de très courte durée. » François Légaré souhaite fournir aux autres chercheurs le flash nécessaire à leurs expériences, de devenir « leur fournisseur de photons », bref, le porteur de lumière.

 

Repousser les limites de l’ultrarapide

Les Allemands détiennent le record du flash le plus rapide : 80 attosecondes. François Légaré et ses étudiants planchent à repousser cette limite à environ 20 attosecondes. Une course que quelques équipes scientifiques à travers le monde se livrent actuellement.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Lors de notre visite, François Légaré se préparait à tester le dispositif qui devrait lui permettre d’établir ce nouveau record. Situé dans le Laboratoire de sources femtosecondes (ou Advanced Laser Light Source, ALLS), laboratoire de calibre international situé au Centre Énergie Matériaux Télécommunications à Varennes, le montage laser « pourrait faire les mêmes impulsions de 80 attosecondes. Personnellement, je n’ai pas d’intérêt à le faire ; il faut aller vers la prochaine étape », explique celui qui a étudié à la maîtrise et au doctorat avec deux des pionniers de cette nouvelle science au Canada, André Bandrauk et Paul B. Corkum. « Avec la source laser qu’on a développée ici depuis 2009, on sera capable de repousser ce record-là à une vingtaine d’attosecondes, d’avoir une résolution temporelle encore meilleure et de mieux suivre la dynamique des électrons dans les molécules », espère-t-il, enthousiaste à l’idée de lancer l’expérience qui confirmera ses calculs, à l’automne.

 

Fébrile, François Légaré sent le but à sa portée. « Ce qui manque pour y arriver ? » Il réfléchit. « Il ne manque rien, on est vraiment proches ! », s’exclame-t-il. Reste à confirmer que de la théorie à la réalité, le laser produit des flashs attosecondes. Ensuite, François Légaré mesurera l’intensité et la durée de ces flashs en compagnie de collègues. « Fin 2012, ça devrait être terminé », estime-t-il.

 

Une part de chance et beaucoup d’imagination

Alors que certaines équipes jouissent de ressources beaucoup plus importantes en Europe, selon François Légaré, la sienne a fait preuve d’imagination et bénéficié d’une certaine dose de chance pour mettre au point le dispositif à moindre coût. Par exemple, en changeant quelques paramètres, de simples plaques de verre sont venues remplacer des miroirs rares et très couteux. « C’est un montage relativement simple à implanter dans un laboratoire », estime François Légaré en admirant le dispositif, qui tient dans une grande pièce baignée dans un vrombissement incessant et remplie de petits miroirs, de machines diverses et d’ordinateurs.

 

Pourquoi chercher à filmer l’électron à tout prix ? « Les électrons, c’est la colle des liens chimiques. Les liaisons se forment et se brisent et, pour moi, la physique attoseconde a le mérite de voir en temps réel comment cette colle-là se réarrange quand il y a une réaction chimique, répond François Légaré, qui poursuit en précisant que sa job, c’est de convertir de façon efficace la lumière vers de courtes longueurs d’onde et ensuite de faire des partenariats. Il y a des gens qui ont des expertises dans ces domaines-là et il faut les amener ici, dans le laboratoire, pour réaliser leurs expériences. »

 

Mais au-delà des explications rationnelles, François Légaré estime être de « ceux qui veulent voir l’ultrapetit avec une résolution ultrarapide. » Puisqu’au fond, ajoute-t-il en riant, « je réponds souvent que… c’est juste le fun ! ». ♦

 

Écoutez des extraits complémentaires à l'entrevue accordée par le professeur François Légaré.

 

 

Les résultats de la recherche menée par le professeur François Légaré ont été publiés dans la prestigieuse revue scientifique Nature Physics (7 mars 2011) sous le titre Probing Collective Multi-Electron Dynamics in Xenon with High-Harmonic Spectroscopy.

 


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