Michel Olivier et Réal Vallée
Le Prix Acfas Collaboration interordre – collégial et universitaire est remis conjointement à Michel Olivier, professeur de physique au cégep Garneau, et à Réal Vallée, professeur au Département de physique, de génie physique et d'optique de l’Université Laval.
La collaboration de longue date des deux lauréats met en lumière une complémentarité parfaitement équilibrée. Une rencontre entre deux chercheurs en optique-photonique qui a récemment mené à un exploit scientifique salué par leurs pairs : la production du premier laser à fibre optique émettant des impulsions ultrabrèves dans la région visible du spectre électromagnétique. Leurs travaux pavent la voie à des retombées technologiques d’importance en industrie, en médecine et en arts.
Michel Olivier est reconnu mondialement dans le domaine des sources laser ultrarapides basées sur des fibres optiques. Il détient une maîtrise en astrophysique et un doctorat en physique-optique de l'Université Laval. En 2017, après un séjour à l’Université Cornell dans les labos du professeur de génie physique Frank Wise, il s’attaque au développement d’un nouveau type de lasers dénommés « oscillateurs de Mamyshev ». Ces derniers produisent des impulsions ultrabrèves de très haute énergie tout en affichant une simplicité et une robustesse inégalées. En collaboration avec le professeur Michel Piché et le doctorant Vincent Boulanger, de l’Université Laval, et la compagnie TeraXion, notamment, Michel Olivier est parvenu à concevoir et construire de tels oscillateurs montrant des performances exceptionnelles en termes d’énergie et de puissance crête des impulsions, et ce, à différentes longueurs d’onde.
Chercheur de renommée internationale dans le domaine de l’optique intégrée et des lasers, Réal Vallée a joué un rôle de pionnier dans le développement des lasers à fibres optiques fonctionnant dans l’infrarouge moyen. Après son doctorat en physique complété à l’Université Laval en 1987, il effectue ses études postdoctorales aux États-Unis, au laboratoire de fusion par laser de l’Université de Rochester. En 1989, il revient au Québec et entame sa carrière de professeur à l’Université Laval. Figurant parmi les membres fondateurs du Centre d’optique, photonique et laser, il en assure la direction de 2000 à 2020.
Réal Vallée est également titulaire, depuis 2010, de la Chaire de recherche industrielle du CRSNG (Coractive-TeraXion-Laserax-TLCL-Light Matter Interaction) sur les composants et dispositifs photoniques photo-inscrits par laser femtoseconde. Désireux que les percées scientifiques soient utiles à la société, il favorise l'accessibilité de ses avancées. Depuis 2008, quatre entreprises ont essaimé de son laboratoire.
Les chemins des deux lauréats se croisent en 2015, quand Michel Olivier rejoint l’équipe de Réal Vallée dans le dessein de mieux comprendre et prédire, au moyen de simulations numériques, le comportement des lasers ultrabrefs, la spécialité du premier. Leur objectif central : le développement d’une nouvelle classe de sources laser émettant des impulsions brèves dans des fibres optiques de verre fluoré.
Et l’équipe y arrive! Elle réussit tout d’abord à produire des lasers à fibre émettant des impulsions femtosecondes – de l’ordre du millionième de milliardième de seconde – à une longueur d’onde allant jusqu’à 4,8 micromètres. Cette avancée ouvre la porte à de multiples applications telles que la spectroscopie, la gravure laser et le micro-usinage de semi-conducteurs. Réal Vallée ainsi que trois autres membres de son équipe, dont le doctorant Simon Duval, fonderont sur la base de ces travaux la jeune pousse Femtum, qui se spécialise dans les applications industrielles des lasers à fibre ultrabrefs fonctionnant dans l’infrarouge moyen.
Le passage de l’infrarouge moyen vers le visible est à l’origine d’une proposition de recherche déposée par Réal Vallée au CRSNG en 2019 dans le cadre du programme de subvention à la découverte. Le financement obtenu servira notamment à appuyer les travaux de Marie-Pier Lord, doctorante recrutée pour la réalisation de ce projet. Encadrés par les professeurs Martin Bernier et Réal Vallée, tous deux de l’Université Laval, les travaux de la chercheuse conduisent initialement à des démonstrations de lasers à fibre visibles fonctionnant en régime continu. Or, le « véritable » défi est de concevoir un laser à source visible agissant plutôt en régime impulsionnel ultrarapide, émettant des impulsions d’une durée de l’ordre des femtosecondes.
Michel Olivier conçoit d’abord un modèle théorique de ce type de laser. Puis, il développe un simulateur numérique prévoyant le comportement du laser. Un beau défi, car pour émettre de telles impulsions, les solutions existantes supposent des systèmes complexes et très coûteux. La démonstration expérimentale est par la suite réalisée par Michel Olivier et Marie-Pier Lord. Résultat : un premier laser visible émettant des impulsions en régime femtoseconde, soit d’une durée de 168 femtosecondes – une amélioration d’un facteur de 50 par rapport aux démonstrations précédentes partout dans le monde. Une spectaculaire percée scientifique dans l’univers mondial de l’optique-photonique!
Les lasers à fibre émettant des impulsions femtosecondes dans la région spectrale du visible sont susceptibles d’ouvrir la voie à de nouvelles applications biomédicales et biotechnologiques. Parmi celles envisagées : le traitement de tissus spécifiques (cornée, os) qui minimise les dommages causés aux tissus environnants, ou encore, la microscopie à deux photons, qui conduit à l’imagerie cellulaire. Mentionnons aussi le grand potentiel de création d’entreprises dans l’optique-photonique, un secteur québécois qui compte 220 entreprises et 22 000 travailleur·euses.
Les deux lauréats planifient maintenant de développer une source d’impulsions à plus grandes énergies encore. Et la relève a toutes les chances d’être au rendez-vous. Les projets, en effet, impliquent plusieurs étudiant·es des cycles supérieurs, ce qui contribue à la formation de personnel hautement qualifié en photonique. Le duo croit fermement que de nouvelles applications apparaîtront rapidement au cours des prochaines années et entraîneront d’importants progrès.
Publié en novembre 2024.