"Je me considère comme une exploratrice"

Actualités ETH : L'Unesco célèbre cette année l'Année internationale de la lumière. Cette distinction est-elle particulièrement bienvenue pour vous, physicienne du laser ?
Ursula Keller : Je suis très heureuse d'avoir maintenant remporté ce prix. La physique des lasers a une très grande importance et de nombreuses applications industrielles, dont l'industrie suisse profite également. On rencontre des matériaux usinés au laser partout, de la voiture à l'imprimante, en passant par le smartphone ou le filtre à café. Seulement, pour des raisons de sécurité, on ne voit pas les lasers. L'année de l'Unesco nous donne l'occasion de mettre la lumière et les lasers sur le devant de la scène. Nous sommes également heureux d'avoir pu convaincre l'ETH et l'Université de Zurich de consacrer leur Scientifica de septembre au thème de la lumière.

Vous avez déjà remporté de nombreux prix. L'OSA Charles H. Townes Award est-il encore quelque chose de spécial pour vous ?
Dans tous les cas. Cet Award honore deux inventions importantes que nous avons faites ici à l'ETH. L'une d'elles date de 1999 et ce que nous avons découvert à l'époque a été un élément important du prix Nobel de physique décerné en 2005 à un Américain et à un Allemand. Seulement, les deux lauréats du prix Nobel ne nous ont jamais vraiment cités, ils nous ont ignorés. Ce n'était pas très fin et cela m'a beaucoup énervé. C'est pourquoi je suis particulièrement heureux de cette reconnaissance.

Qu'avez-vous découvert à l'époque ?
Il s'agissait de ce que l'on appelle les peignes de fréquences. Ils permettent de mesurer les fréquences avec une précision extrême et de construire par exemple des horloges extrêmement précises. Nous nous sommes penchés sur la fabrication d'impulsions laser toujours plus courtes et avions également établi le record mondial dans ce domaine à l'ETH. Dans un tel flash laser, la longueur de l'impulsion est comparable à la période d'oscillation de la lumière. Dans ce cas, la position du champ électrique à l'intérieur de l'impulsion est importante. Dès les années 1980, il a été possible de maintenir la fréquence de pulsation de ces lasers à un niveau stable. Mais l'amplitude maximale d'oscillation du champ électrique à l'intérieur de l'impulsion se trouvait toujours à un autre endroit. Nous voulions également stabiliser cette amplitude.

Et cela a réussi. A-t-il fallu un éclair de génie pour y parvenir ou avez-vous une recette spéciale pour réussir ?
On applique la philosophie d'Arnold Schwarzenegger, que même mes étudiants comprennent immédiatement. Schwarzenegger dit : "If it bleeds, you can kill it !" J'élargis ce principe comme suit : "If you see it, you can stabilize it !" Si on voit quelque chose, on peut aussi le stabiliser. Nous avons été les premiers à mettre en évidence le signal indiquant le décalage du champ électrique au sein de l'impulsion. Dès que nous avons eu ce signal d'offset, nous avons pu commencer à "appuyer sur des boutons" pour découvrir comment et par quoi le signal se modifie et peut finalement être stabilisé. Le spectre des impulsions laser stabilisées ressemble à un peigne. Les dents correspondent aux lignes centimétriques ou millimétriques d'un mètre, sauf qu'elles ne servent pas à mesurer des longueurs, mais des fréquences. D'où le nom de peigne de fréquences.

Ce peigne permet donc de compter les fréquences optiques et donc de mesurer le temps avec encore plus de précision que les horloges atomiques actuelles. Mais pourquoi a-t-on besoin d'horloges aussi précises ?
Les horloges optiques permettent de mesurer les différences de gravitation, telles qu'elles sont prédites par la théorie de la relativité générale d'Einstein. Il faut par exemple en tenir compte dans les calculs GPS. On pourrait aussi rêver de tester si les constantes de la nature sont effectivement constantes. Elles pourraient en effet changer sur une longue période, ce que nous n'avons encore jamais vu.

Saviez-vous déjà à l'époque que ce travail méritait d'être récompensé ?
J'ai tout de suite compris qu'il s'agissait d'une super affaire. La solution du problème tenait sur une ligne. Quand on la conna?t, elle est triviale. C'est la beauté de notre métier. Quand on a des idées, qu'on est créatif, on trouve de nouvelles découvertes et de superbes applications. Je me considère comme un découvreur. En plus de cela, je m'occupe constamment d'objectifs positifs. C'est extrêmement intéressant, enrichissant et jamais ennuyeux - un luxe unique. ?tre professeure, c'est un travail de rêve.

Mais vous vous êtes également heurté à des résistances pour le deuxième travail pour lequel vous êtes maintenant honoré.
Oui, nous avons soumis le papier à la prestigieuse revue scientifique "Nature Photonics" et il a été promptement rejeté sous prétexte que nous faisions trop d'affirmations. Mais nous avons obtenu tout ce que nous avions "affirmé" et, entre-temps, bien plus encore. Dans une telle situation, il faut avoir une certaine tolérance à la frustration et ne jamais abandonner. Une autre revue a finalement publié ce travail. Et j'ai aussi inventé un nom pour ma découverte : Mixsel.

Qu'est-ce qu'un mixsel ?
Il s'agit de la prochaine génération de lasers à impulsions courtes, mais qui peuvent être produits à un co?t bien moindre. Nos lasers ultra-rapides actuels permettent certes déjà de nombreuses applications ; mais il s'agit de lasers à l'état solide, qui sont chers. Les lasers que tout le monde a aujourd'hui chez soi, par exemple dans un lecteur de CD, sont des lasers à semi-conducteurs que l'on peut produire en masse. Nous avons présenté un concept de laser compact et pulsé, composé de différentes couches de semi-conducteurs superposées verticalement. Dans le jargon, il s'appelle "Modelocked Integrated eXternal-cavity Surface Emitting Laser", en abrégé Mixsel.

Quand le nouveau laser sera-t-il commercialisé ?
Le développement de matériaux est très exigeant. Nous voulons donc chercher un marché pour lequel les mixels pourraient être une super solution. Ainsi, nous trouverons peut-être un partenaire industriel. Aujourd'hui déjà, les consoles de jeu sont équipées de lasers traditionnels qui balayent l'espace avec le joueur selon le principe du radar. Un laser pulsé aurait une bien meilleure résolution. Il permettrait par exemple de mesurer non seulement les mouvements des mains, mais aussi les expressions du visage. Partout où les lasers ultra-rapides actuels sont trop encombrants ou trop chers, des applications pourraient être possibles, par exemple dans les télécommunications, la technique informatique ou les écrans laser. Si, dans dix ans, il y avait un Mixsel dans chaque foyer, ce serait pour moi un beau cadeau de retraite.