Le Laser MégaJoule, un grand instrument au service de la dissuasion nucléaire

21/10/2017
Publication REE REE 2017-4
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:2017-4:20600
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Le Laser MégaJoule, un grand instrument au service de la dissuasion nucléaire

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Figure 1 : Vue d’ensemble du bâtiment LMJ. Copyright CEA-Lilian Marolleau. REE N°4/2017 Z87 GROS PLAN SUR Daniel Vanderhaegen Directeur du programme Simulation de la Direction des applications militaires du CEA Introduction Lancé en 1996, le programme Simulation a pour objectif de pérenniser la dissuasion française après l’arrêt définitif des essais nucléaires. Il a été bâti pour permettre le renouvel- lement – et la garantie sur le long terme – des armes qui équipent les deux composantes de la dissuasion nucléaire française. L’atteinte de ces objectifs a nécessité de construire le pro- gramme suivant trois axes : s LAPHYSIQUEDESARMES DESTINÏEÌBÊTIRLESÏQUATIONSMA- THÏMATIQUESMODÏLISANTLESPHÏNOMÒNESPHYSIQUESINTER- venant dans le fonctionnement des armes nucléaires ; Le Laser MégaJoule, un grand instrument au service de la dissuasion nucléaire This paper deals with the Laser MégaJoule (LMJ), an impressive facility dedicated to French nuclear deterrence, and built on the CEA/DAM CES- TA nuclear Center near Bordeaux. In association with the radiographic facility EPURE, the LMJ is enabling the experi- mental validation of the physical and numerical tools of the Simulation program. This program supports the guarantee of nuclear weapons since the definitive ban of nuclear tests in 1996. The LMJ contributes also to the training of weapons designers by allowing them to face experimental conditions close to weapons. The LMJ focuses 176 beams, producing nanosecond pulses up to a maximum power of 400 TW, inside the 10 m target chamber on a millimetric target. The associated energy is able to bring matter to extreme pressure and temperature conditions allowing a large variety of experiments. Reaching the ignition, that is thermonuclear burn with high gain, is an ambitious chal- lenge for the next decade. This extraordinary facility also welcomes scientific academic researchers and the Nou- velle Aquitaine Region helped to acquire another beam, PETAL. This beam generates picosecond pulses with a petawatt power, making the LMJ PETAL laser a prominent worldwide facility for extreme physics research. In addition to defense and scientific applications, the LMJ fostered the emergence of a unique hightech optical industry in the Bordeaux district. ABSTRACT Cet article est consacré au Laser MégaJoule (LMJ), grand instrument hors du commun, au service de la dissuasion nucléaire, implanté sur le centre CEA/DAM du CESTA près de Bordeaux. Le LMJ, permet, avec l’installation de radiographie éclair EPURE, la validation ex- périmentale des outils physico-numériques du programme Simulation. Ce programme porte la garantie des armes de la dissuasion depuis l’arrêt des essais nucléaires en 1996. Le LMJ participe également à la formation des équipes de concepteurs en les confrontant à une réalité expérimen- tale proche de celle des armes. Ce laser focalise 176 fais- ceaux, délivrant des impulsions nanosecondes jusqu’à une puissance de 400 TW dans l’ultraviolet à l’intérieur d’une chambre d’expériences de 10 m de diamètre, sur des cibles de taille millimétrique. L’énergie associée permet de porter la matière dans des conditions extrêmes de pression et de température et de réaliser une grande variété d’expériences. L’ignition, c’est-à-dire la combustion thermonucléaire à gain élevé, est un objectif ambitieux pour la prochaine décennie. Cette installation exceptionnelle est ouverte à la commu- nauté scientifique académique à hauteur de 20 à 30 % de son temps d’exploitation. La Nouvelle Région Aquitaine a permis d’y adjoindre un faisceau supplémentaire, PETAL. Ce faisceau produit des impulsions picosecondes pour une puissance supérieure au pétawatt, ce qui fait de LMJ-PE- TAL une installation unique au monde pour explorer la phy- sique de l’extrême. Au-delà de l’intérêt pour la défense et la science, le LMJ a permis l’émergence d’une filière indus- trielle de haute technologie dans le domaine de l’optique en Région Aquitaine. RÉSUMÉ Figure 2 : Les quatre halls laser et le hall d’expériences – Copyright CEA. 88 ZREE N°4/2017 GROS PLAN SUR s LA SIMULATION NUMÏRIQUE QUI REGROUPE LENSEMBLE DES applications informatiques et l’approvisionnement des cal- culateurs de puissance nécessaires pour résoudre les équa- tions ; s LAVALIDATIONEXPÏRIMENTALE PERMETTANTDERÏALISERDESEX- PÏRIENCESENLABORATOIREDESTINÏESÌVALIDERLESDIFFÏRENTS MODÒLES SÏPARÏMENTOUDANSLEURENCHAÔNEMENT La validation expérimentale en laboratoire repose princi- palement sur deux très grands équipements : s LINSTALLATIONDERADIOGRAPHIEEpure, pour étudier le com- PORTEMENTHYDRODYNAMIQUEDESMATÏRIAUXDANSLAPHASE pré-nucléaire du fonctionnement des armes ; s LELaser Mégajoule (LMJ), permettant d’atteindre en labora- toire des conditions de température et de pression (souvent DÏNOMMÏESiHAUTESDENSITÏSDÏNERGIEw SIMILAIRESÌCELLES rencontrées lors du fonctionnement nucléaire des armes. ,ESCARACTÏRISTIQUESDU,-*ONTÏTÏDÏlNIESÌPARTIRDES catégories d’expériences prévues sur cette installation tout au long de sa durée de vie opérationnelle. Sa mise en ser- vice opérationnel a été prononcée par le Premier ministre le 23 octobre 2014, en parallèle de la réalisation de la première expérience. Cet article propose une description générale du LMJ, ainsi qu’une présentation des premières expériences. Ses retom- bées en termes d’ouverture scientifique et d’impact indus- triel sont ensuite rappelées. Présentation générale du LMJ ,E,-*ESTUNEINSTALLATIONEXPÏRIMENTALEHORSDUCOM- MUN CONSTRUITESURLECENTRE#%!DU#%34!ÌPROXIMITÏDE Bordeaux). Le bâtiment (figure 1) a des dimensions impo- santes (environ 300 m de long, 100 m de large et 50 m de HAUT SURTOUTCOMPARÏESÌLATAILLEMILLIMÏTRIQUEDESCIBLES QUIYSONTEXPÏRIMENTÏES Dans sa configuration nominale, 176 faisceaux sont focali- SÏSSURLACIBLEPLACÏEAUCENTREDELACHAMBREDEXPÏRIENCES Leur énergie est amplifiée dans l’infrarouge (IR, h= 1 053 na- nomètres) pour être convertie en lumière ultraviolette (UV, h = 351 nanomètres). Les faisceaux sont distribués dans QUATREHALLSLASERRÏPARTISAUTOURDUHALLCONTENANTLACHAMBRE d’expériences (figures 2 et 3). Les procédés mis en œuvre DANSLINSTALLATIONSONTREGROUPÏSENDEUXSOUS
SYSTÒMES s LEsous-système laser assure le fonctionnement des 176 FAISCEAUXREGROUPÏSENCHAÔNES#HAQUECHAÔNEESTAINSI composée de deux quadruplets (2x4 faisceaux). Les fais- CEAUXSECARACTÏRISENTPARUNEDURÏEDELORDREDE Ì 25 nanosecondes, soit une puissance totale de 400 TW dans l’UV ; s LEsous-système expériences permet de positionner les CIBLESDETAILLEMILLIMÏTRIQUEAUCENTREDELACHAMBREDEX- périences et de recueillir les mesures expérimentales en TEMPSRÏEL ÌLAIDEDEDISPOSITIFSDISPOSÏSTOUTAUTOURDE LACHAMBRE REE N°4/2017 Z 89 Le Laser MégaJoule, un grand instrument au service de la dissuasion nucléaire Le sous-système Laser ,ARCHITECTUREDEPRINCIPEDESFAISCEAUXDU,-*ESTREPRÏ- sentée sur la figure 4. Pour les besoins des expériences, qui utilisent les conver- SIONSDELALUMIÒREENRAYONNEMENT8 ILESTPLUSEFlCACE que les faisceaux laser arrivent sur la cible en UV. Or, il est impossible d’amplifier de façon raisonnable des faisceaux en ultraviolet. La lumière est donc générée et amplifiée en infra- rouge puis convertie en UV, avant son introduction dans la CHAMBREDEXPÏRIENCES Ainsi le pilote délivre le faisceau initial IR de faible éner- gie et lui confère sa forme temporelle et son spectre. Ce faisceau est amplifié dans la section amplificatrice (SA) PARQUATREPASSAGESDANSDESAMPLIlCATEURSÌVERREPHOS- Figure 4 : Schéma de principe d’un faisceau laser. Figure 3 : Schéma du hall d’expériences – Copyright CEA. 90 ZREE N°4/2017 GROS PLAN SUR PHATEDOPÏAUNÏODYME PRÏALABLEMENTiPOMPÏSwPARDES LAMPESmASH,EFAISCEAUAMPLIlÏEN)2ESTTRANSPORTÏVERS LACHAMBREDEXPÏRIENCES)LESTCONVERTIEN56 PUISFOCALISÏ SURLACIBLEÌLAIDEDUNSYSTÒMEOPTIQUEÌBASEDERÏSEAUX de diffraction. Le pilote Le pilote est constitué de deux sous-ensembles : s la sourceUNEPARHALLLASER QUIAPOURFONCTIONDECRÏER l’impulsion et de la mettre en forme temporellement et spec- TRALEMENT ESTDÏVELOPPÏEÌPARTIRDUNETECHNOLOGIEDECOM- posants fibrés ou intégrés ; sa stabilité est le point crucial. Sa longueur d’onde est de 1 053 nanomètres (10-9 m) avec une stabilité meilleure que ± 5 picomètres (10-12 m). La FORMETEMPORELLEESTAJUSTÏEÌLADEMANDEENTREQUELQUES picosecondes et 25 nanosecondes (10-9 s). En sortie de la source, l’énergie du faisceau est de 1 nanoJoule (10-9 J). s le module pré-amplificateur-0! QUATREPARCHAÔNESOIT un pour deux faisceaux, pré-amplifie l’énergie du faisceau du niveau du nanojoule jusqu’au niveau du Joule (figure 5). Cette amplification considérable (gain de 109 ) est réalisée PARUNECAVITÏRÏGÏNÏRATIVEETUNAMPLIlCATEURÌQUATREPAS- SAGES)LMETENFORMESPATIALEMENTLEFAISCEAUGRÊCEÌUNE valve optique adressable (300 x 300 pixels) qui permet d’ajuster la répartition d’énergie dans le faisceau. Figure 6 : Montage des plaques laser dans les amplificateurs. Copyright CEA-MS. Figure 5 : Les quatre modules pré-amplificateurs (MPA) de la première chaîne – Copyright CEA-MS. REE N°4/2017 Z 91 Le Laser MégaJoule, un grand instrument au service de la dissuasion nucléaire La section amplificatrice Le faisceau initial sortant du pilote doit être fortement amplifié pour atteindre l’énergie requise pour les expériences JUSQUÌK*ENINFRAROUGE #ESTLERÙLEDELASECTIONAM- plificatrice au sein de laquelle les faisceaux obtiennent leur taille définitive. Le faisceau laser est amplifié quatre fois au travers de deux AMPLIlCATEURSPLAQUELASERDOPÏEAUNÏODYMEDEX x 4 cm3 #ESPLAQUESSTOCKENTLÏNERGIELUMINEUSEFOURNIE PARDESLAMPESmASHESAUXÏNONETLARESTITUENTENPARTIEAU FAISCEAULASERLORSDESESPASSAGES,EGAINÌCHAQUEPAS- sage par plaque est de l’ordre de 1,24. Positionnées entre les DEUXAMPLIlCATEURS DESLENTILLESASSOCIÏESÌUNDIAPHRAGME (trou de filtrage spatial) suppriment les modulations parasites (bruit). Après les amplificateurs, un miroir déformable (figure 7) permet le retour du faisceau pour les quatre passages GRÊCEÌUNLÏGERDÏCALAGEANGULAIRE,ASURFACEDUMIROIREST DÏFORMABLE GRÊCEÌDEPETITSACTIONNEURS POURPERMETTRELA correction de la surface d’onde. Cette configuration originale ÌQUATREPASSAGESDANSLESMÐMESAMPLIlCATEURS APERMIS d’une part, de réduire le nombre de plaques laser néces- SAIRES EN OPTIMISANT LÏNERGIE EXTRAITE DE CHAQUE PLAQUE laser ; d’autre part, de réduire la taille de la section amplifica- trice et par conséquent la taille du bâtiment. ,A CELLULE DE 0OCKELS Ì ÏLECTRODES PLASMA 0%0# EST UNÏLÏMENTDEPROTECTIONDELACHAÔNELASERQUIFONCTIONNE SELONUNPRINCIPEDISOLATIONOPTIQUE!SSOCIÏEÌUNPOLARI- SEUR EN FOND DE CHAÔNE LASER ELLE CONSTITUE UN OBTURATEUR OPTIQUE5NECHAÔNE,-*COMPRENDHUITCELLULES0%0# UNE par faisceau laser. En modifiant la polarisation de la lumière, l’équipement PEPC a pour fonction de créer une fenêtre tem- porelle qui s’ouvre uniquement pour permettre les quatre PASSAGESDESFAISCEAUXDANSLACHAÔNE,ES0%0#BLOQUENT ainsi les parties des faisceaux laser parasites avant et après le passage du faisceau amplifié. Le transport des faisceaux et le système de conver- sion de fréquence et de focalisation (SPF) Les faisceaux provenant de la section amplificatrice se PROPAGENTSURPLUSDEMÒTRESVERSLACHAMBREDEXPÏ- RIENCES,ESHUITFAISCEAUXRÏPARTISENDEUXQUADRUPLETSSONT dirigés l’un vers la partie supérieure, l’autre vers la partie infé- RIEUREDELACHAMBREGRÊCEÌSIXMIROIRSlGURES  Figure 7 : Miroir déformable – Copyright CEA-MS. Figures 8 : A gauche : Miroirs dans les salles de répartition – Copyright CEA-MS. A droite : transport des faisceaux et SCF – Copyright CEA. 92 ZREE N°4/2017 GROS PLAN SUR *USTE AVANT DENTRER DANS LA CHAMBRE CHAQUE FAISCEAU )2CONVERTIEN56ESTFOCALISÏAUSEINDU3#&SYSTÒMEDE conversion de fréquence et de focalisation) vers le centre de LACHAMBRElGURE  Le SCF (figure 9) est composé d’un réseau fonctionnant en infrarouge (fréquence 1 t), de deux cristaux de KDP (di- PHOSPHATE HYDROGÏNÏ DE POTASSIUM POUR LE DOUBLEMENT puis le triplement de fréquence, et d’un réseau fonctionnant en ultraviolet (3 t POURLAFOCALISATION,ERÏSEAUÌt déflé- CHITDE²LEFAISCEAUINCIDENT,ACONVERSIONDEFRÏQUENCE GÏNÒRELATROISIÒMEHARMONIQUE,ERÏSEAUÌtDÏmÏCHIT ÌNOUVEAULALUMIÒREDE² TOUTENLAFOCALISANT PENDANT que la lumière résiduelle non convertie est bloquée par des absorbeurs. La précision de pointage est de 50 μm. Le hall d’expériences ,A CHAMBRE DEXPÏRIENCES SE TROUVE AU CENTRE DU HALL DEXPÏRIENCES )L SAGIT DUNE SPHÒRE DE  MÒTRES DE DIA- mètre, dont la paroi en aluminium (épaisseur 10 cm) est recouverte de 40 cm de béton boré (figure 13). Elle est équipée de trous d’entrée soit pour l’injection des faisceaux LASER SOITPOURLEPOSITIONNEMENTDESSYSTÒMESDEMESUREET de la cible d’expérience. L’intérieur est tapissé de panneaux de protection pour les débris de cible. ,ES  QUADRUPLETS SOIT  CHAÔNES RENTRENT DANS LA CHAMBREDEXPÏRIENCESSUIVANTDEUXCÙNESÌ ²ET² 1UATREAUTRESQUADRUPLETSSOITDEUXCHAÔNES ARRIVENTAVEC UNANGLEDE ²ETSONTDÏDIÏSÌLARADIOGRAPHIE Un grand nombre d’équipements sont installés autour de LACHAMBREDEXPÏRIENCES Figure 10 : Le SCF – Conversion de fréquence et focalisation par réseaux – Copyright CEA. Figure 9 : Différentes vues du SCF REE N°4/2017 Z 93 Le Laser MégaJoule, un grand instrument au service de la dissuasion nucléaire Figure 11 : Porte-référence et porte-cible – Copyright CEA-MS. Figure 12 : Porte-référence au centre de la chambre – Copyright CEA-MS. 94 ZREE N°4/2017 GROS PLAN SUR Figure 13 : Porte-cible au centre de la chambre. Figure 14 : Cible de la première campagne d’expériences réalisée en octobre 2014 (longueur de quatre millimètres) – Copyright CEA. REE N°4/2017 Z 95 Le Laser MégaJoule, un grand instrument au service de la dissuasion nucléaire s LARÏFÏRENCECOMMUNEESTUTILISÏEPOURALIGNERLES3#&ET les diagnostics de mesure des expériences ; elle est mise en œuvre par le porte-référence (figures 11 et 12) ; s LEPORTE
CIBLEPERMETLEPOSITIONNEMENTETLORIENTATIONDE LACIBLEAUCENTREDELACHAMBREAVECUNEPRÏCISIONDE μm (figure 13 et 14) ; s LESYSTÒMEDEVISUALISATIONDESOPÏRATIONSETDESOBJETSAU CENTREDELACHAMBREESTCOMPOSÏDESIX3/0!#SYSTÒME d’alignement, de positionnement et d’anticollision) ; s UN ENSEMBLE DINSERTEURS 3)$ PERMETTENT LINSERTION ET le positionnement des diagnostics de mesure des expé- RIENCESÌLINTÏRIEURDELACHAMBRE Les expériences Le LMJ est indispensable au programme Simulation car il permet de valider les logiciels numériques et de certifier LESCOMPÏTENCESDESPHYSICIENS$EPUISSAMISEENSERVICE en 2014, la montée en puissance progressive se poursuit, DEMANIÒRECOHÏRENTEENTRELÏNERGIELASERMISEENSERVICE DESCHAÔNESLASER ETLESYSTÒMEEXPÏRIMENTALUNEQUARAN- TAINEDESYSTÒMESDEMESUREOUDIAGNOSTICSSERONTINSTALLÏS ÌTERME ,APLUPARTDESMESURESREPOSESURLÏMISSIONDU PLASMAETSURLATRANSMISSIONOULARÏmEXIONDUNRAYONNE- MENT SONDE )L PEUT SAGIR DUN RAYONNEMENT OPTIQUE )2 VISIBLEET56 DUNRAYONNEMENT8 DEPARTICULESCHARGÏES OUDERAYONNEMENTSNUCLÏAIRES Lors de la montée en énergie du LMJ, des expériences de plus en plus représentatives et précises seront réalisées et contri- BUERONTÌVALIDERLASIMULATIONDUFONCTIONNEMENTDESARMES Ces expériences vont nécessiter des cibles de plus en PLUS COMPLEXES DONT LA FABRICATION RELÒVE DUNE DÏMARCHE DEMICROVOIRENANO
TECHNOLOGIESETDEPHYSICO
CHIMIEDES MATÏRIAUXMAÔTRISÏEPARLE#%!$!- ,ARÏUSSITEDUNEEXPÏRIENCENÏCESSITELAMAÔTRISEDETROIS volets : les faisceaux laser, les diagnostics (dispositifs de me- sures) et les micro-cibles. Valider la chaîne de simulation numérique Avec l’arrêt des essais nucléaires et l’utilisation de la simu- lation, il est indispensable de disposer de mesures « en labo- RATOIREwNÏCESSAIRESPOURVALIDERCHACUNEDESÏQUATIONSQUI COMPOSENTLACHAÔNENUMÏRIQUE Le LMJ permet en particulier : s DEVALIDERLESMODÒLESFONDAMENTAUXÏQUATIONSDEPHY- SIQUE DÏCRIVANTLAPHYSIQUEDUFONCTIONNEMENTDESARMES nucléaires ; s DERÏALISERDESEXPÏRIENCESMETTANTENJEULENCHAÔNEMENT et l’imbrication de ces modèles. Ces expériences sont es- SENTIELLESPOURQUALIlERLAiCOUVERTUREwLAPLUSCOMPLÒTE possible du domaine de fonctionnement des armes par les logiciels de simulation numérique. La validation de la simu- lation repose sur de très nombreuses catégories d’expé- riences. Le LMJ a été dimensionné pour produire des tempéra- tures extraordinaires – des dizaines de millions de degrés – et des pressions dépassant le milliard de fois la pression ATMOSPHÏRIQUESUR4ERRE#ESCONDITIONSEXISTENTSEULEMENT au centre des étoiles, des planètes et des armes nucléaires. Les expériences couvrent des domaines aussi variés que : s LINTERACTIONLASER
MATIÒRE OáLONÏTUDIELACONVERSIONDE LUMIÒRELASERENRAYONNEMENT8OULAPRODUCTIONDEPARTI- cules accélérées (ions) pouvant être utilisées pour sonder la matière, pour des applications médicales comme la pro- TONTHÏRAPIE s LECOMPORTEMENTDELAMATIÒREAUXCONDITIONSEXTRÐMES pour valider les modélisations utilisées pour garantir les armes nucléaires ou les modèles planétaires ; s LINTERACTIONDURAYONNEMENT8AVECLAMATIÒRE POURÏTUDIER LAPROPAGATIONDURAYONNEMENTETOULUTILISERPOURMETTRE en mouvement très rapide la matière. La première campagne (figure 14) réalisée sur le LMJ en lNÏTAITDÏDIÏEÌLÏVAPORATIONDESBORDSDUNEFENTE PRATIQUÏE DANS UN MÏTAL SOUS LEFFET DU RAYONNEMENT )L SAGISSAIT DE COMPARER LES RÏSULTATS EXPÏRIMENTAUX Ì CEUX des calculs de prévision. Cela a nécessité la mise en œuvre d’un dispositif de mesure spécifique visualisant la forme de la fente pendant quelques milliardièmes de seconde. En 2015, une campagne expérimentale d’implosion de microballons de plastique a été menée. Une capsule constituée d’une coquille de plastique est mise en vitesse PARLERAYONNEMENT8ISSUDELALUMIÒREDUNQUADRUPLET DU,-*CONVERTIENRAYONNEMENT8DANSUNECAVITÏENOR ,E SECOND QUADRUPLET EST UTILISÏ POUR CRÏER LE RAYONNE- Figure 15 : Comparaison de la radiographie expérimentale (en bas) avec la radiographie calculée par la simulation numérique (en haut). 96 ZREE N°4/2017 GROS PLAN SUR MENT8PERMETTANTLARADIOGRAPHIEDELIMPLOSION,IMAGE expérimentale obtenue se compare de façon satisfaisante ÌLASIMULATIONNUMÏRIQUElGURE #ETTECAMPAGNEEX- périmentale a permis de démontrer la capacité des codes DESIMULATIONÌRESTITUERUNEDYNAMIQUECOMPLEXELIÏEÌ une irradiation de la coquille de plastique non parfaite- MENTSYMÏTRIQUE s LES INSTABILITÏS HYDRODYNAMIQUES ET LA TURBULENCE  ELLES se rencontrent dans les armes mais aussi par exemple au cours de l’explosion des étoiles ; s LESEXPÏRIENCESDEFUSION QUIUTILISENTUNMÏLANGEFUSIBLE DE DEUTÏRIUM
TRITIUM 0ARCE QUE LES ARMES THERMONU- cléaires utilisent la fusion, les scientifiques utiliseront le LMJ pour examiner les conditions associées au fonctionnement des armes nucléaires. Les expériences les plus complexes SONTCELLESCONDUISANTÌLACOMBUSTIONDUNMÏLANGEDEU- térium-tritium dans une cible. L’obtention de l’ignition par la VOIEINERTIELLEENLABORATOIRE CESTÌDIRELAFUSIONAVECUN GAINRAPPORTDELÏNERGIEDEFUSIONÌLÏNERGIELASER ESTUN OBJECTIFTRÒSAMBITIEUXPOURLAPROCHAINEDÏCENNIE Ces expériences peuvent aussi être utiles pour modéliser LES PHÏNOMÒNES Ì LINTÏRIEUR DES PLANÒTES ET DES ÏTOILES comme le soleil. Elles seront exploitées en collaboration avec la communauté académique dans le cadre du pro- GRAMMED/UVERTUREVOIRPARAGRAPHE  Certifier de nouvelles équipes de physiciens ,A PRINCIPALE DIFlCULTÏ Ì LAQUELLE EST CONFRONTÏ UN PAYS privé d’essais nucléaires est la formation et la certification des experts – car, in fine, c’est sur eux que repose la confiance QUELONACCORDEÌLADISSUASION,EPRINCIPALAPPORTDESES- SAISÏTAITLEURCARACTÒREÌLAFOISiFORMATEURwPARLACONFRON- tation qu’ils permettent entre les calculs de prévision et les MESURESRÏALISÏESLORSDESEXPÏRIENCES ETiCERTIlCATEURw ,ECONCEPTEURQUIAVAITLALOURDECHARGEDEGARANTIRLARME – et donc in fine la dissuasion – avait auparavant dû réussir PLUSIEURSESSAISETDONCAVOIRDÏMONTRÏSAMAÔTRISEDUFONC- tionnement avec l’aide de l’outil numérique. A l’ère de la simulation, la garantie est apportée grâce aux standards de garantie utilisés par des experts compétents. Ce n’est pas dans l’obtention d’un résultat par simulation NUMÏRIQUEQUERÏSIDELADIFlCULTÏ MAISDANSLACAPACITÏÌ EMPLOYER AVEC DISCERNEMENT LES DIFFÏRENTS MODÒLES GRAN- DEURS PHYSIQUES ET ÏQUATIONS MIS EN “UVRE POUR OBTENIR LERÏSULTAT#ESONTDESINGÏNIEURSCHEVRONNÏS DOTÏSDUNE EXPERTISEINCONTOURNABLE QUIFORMENTDESiAPPRENTISwPOUR l’acquisition de cette capacité. L’acquisition de cette compétence passe par la confron- TATION DES i APPRENTIS w Ì DES EXPÏRIENCES DE LABORATOIRE SIMILAIRES POURCHACUNEDENTREELLES ÌUNEPHASEDEFONC- tionnement des armes. Le LMJ, comme Epure, est l’outil expérimental qui permet de réaliser les expériences de formation par la pratique, puis de qualification des jeunes apprentis concepteurs d’armes. Ouverture scientifique et impact industriel Ouverture scientifique ,OUVERTUREDESGRANDSMOYENSDELA$!- GRANDSLASERS ETMOYENSDECALCUL APPROUVÏEENPARLEMINISTRE de la Défense, facilite la confrontation et l’évaluation scien- tifique extérieures et permet le partage national des com- pétences. En 2003, le CEA, le CNRS, l’Université de Bordeaux et L%COLE POLYTECHNIQUE ONT CRÏÏ L)NSTITUT LASERS ET PLASMAS (ILP) pour fédérer les compétences scientifiques nationales autour du LMJ et des lasers des laboratoires universitaires français. Très vite, la communauté académique a exprimé le grand INTÏRÐTDEDISPOSERAUSSIDUNELIGNELASERiPICOSECONDEw CEST
Ì
DIREÌIMPULSIONSMILLEFOISPLUSBRÒVESQUECELLES du LMJ. Cela a conduit au lancement officiel en 2005 du projet PETAL (PETawatt Aquitaine Laser), faisceau laser de 7 PW couplé au LMJ. PETAL bénéficie des financements du #ONSEILRÏGIONALD!QUITAINE DUMINISTÒREDELA2ECHERCHE et de l’Union européenne. Le Conseil régional en assure la MAÔTRISEDOUVRAGEETLE#%!$!-LAMAÔTRISED“UVRE,E laser PETAL, inauguré en 2015, a atteint une puissance de 1,2 PW, ce qui en fait le laser mono-faisceau de grande énergie le plus puissant au monde. L’installation LMJ-PETAL est unique et place la France dans une position de premier plan pour aborder des sec- TEURSINEXPLORÏSDELAPHYSIQUEDESHAUTESDENSITÏSDÏNER- gie (HDE). Cette installation a été inscrite sur la feuille de ROUTEDES)NFRASTRUCTURESDERECHERCHEEN L’ILP organise l’accès de la communauté académique AU,-*JUSQUÌDUTEMPSDISPONIBLE ,ASÏLECTION des expériences ouvertes sur LMJ-PETAL s’effectue sur pro- position d’expériences qui sont ensuite examinées par un comité scientifique international constitué de 12 membres reconnus pour la qualité de leurs travaux dans le domaine des lasers et des expériences d’interaction laser-matière. ,EUR CHOIX FONDÏ Ì LA FOIS SUR LINTÏRÐT SCIENTIlQUE DE l’expérience et sur la qualité de l’équipe proposée, est validé par le CEA sous l’angle de la faisabilité sur l’installation et de l’intégration dans le calendrier expérimental global de l’installation. Le 1er APPELÌPROPOSITIONSAÏTÏLANCÏCOURANT 2014, quatre expériences ont été sélectionnées en 2015. Les premières expériences auront lieu en 2017. REE N°4/2017 Z 97 Le Laser MégaJoule, un grand instrument au service de la dissuasion nucléaire Impact industriel Le LMJ est un formidable succès de l’industrie française puisque près de 1 000 entreprises des secteurs du bâtiment, de la défense et de la mécanique, ainsi que de très nom- BREUSES0-%DEHAUTETECHNOLOGIE YONTPARTICIPÏ#ETTEINS- tallation, de par ses exigences de performances largement au-dessus des standards industriels communs, est et restera une formidable référence de classe mondiale pour les indus- triels qui en ont été les acteurs. Le projet LMJ a également CONTRIBUÏÌSTRUCTURERUNElLIÒREOPTIQUEETLASERNATIONALEDU meilleur niveau. ,ARÏALISATIONDU,-*SOUSMAÔTRISED“UVREDU#%!$!- SAPPUIESURDESINDUSTRIELSENCHARGEDEDÏVELOPPER FABRI- quer, assembler puis maintenir les différents sous-ensembles PENDANTAUMOINSANS#ELACONDUITÌDÏVELOPPER GRÊCEÌ LIMPULSIONDYNAMIQUEDELARÏGION.OUVELLE!QUITAINE UNE INDUSTRIE NATIONALE DE HAUTE TECHNOLOGIE BAPTISÏE i lLIÒRE OPTIQUEw POURLAQUELLELAPROXIMITÏIMMÏDIATEDU,-*EST bénéfique. ,ALABELLISATIONDUi0ÙLEDECOMPÏTITIVITÏROUTEDESLA- SERSwENARENFORCÏEN.OUVELLE!QUITAINELADYNA- mique née autour de la construction du LMJ, en favorisant LEDÏVELOPPEMENTINDUSTRIELDELAlLIÒREBIENAU
DELÌDELA SOUS
TRAITANCEDU,-*#EPÙLE QUIREGROUPElNPLUSDE ADHÏRENTS ACONDUITÌLIMPLANTATIONDUNESOIXANTAINE de sociétés dont 30 start-ups. ,ABELLISÏEN LE#ENTREDERESSOURCESTECHNOLOGIQUES !,0H!./6CONSTITUEUNACTEURMAJEURPOURLETRANSFERTTECH- NOLOGIQUEDANSLEPÙLE!,0H!./6PERMETAUXINDUSTRIELS 0-% GRANDSGROUPES ETAUXLABORATOIRESDERECHERCHEDE travailler ensemble. Les premières années de fonctionne- ment de ce centre ont validé le concept : le mélange de CULTURESINGÏNIEURSETCHERCHEURSSESTTRADUITPARLAMISESUR LE MARCHÏ DE PRODUITS INDUSTRIELS ,E SUCCÒS D!,0H!./6 en croissance, a considérablement augmenté l’attractivité du territoire aquitain. L’Institut optique d’Aquitaine (figure 16), construit par le Conseil régional d’Aquitaine (ALPC), offre depuis 2014 une grande opportunité pour la filière, avec un lieu unique PERMETTANT DE RÏUNIR UN FORT POTENTIEL TECHNOLOGIQUE  CET INSTITUTACCUEILLE OUTRE!,0H!./6 UNEPLATE
FORMEDEFOR- mation professionnelle (PYLA), des industriels ainsi que les CHERCHEURSETLESÏTUDIANTSDEL)NSTITUTDOPTIQUE'RADUATE 3CHOOL Une société d’économie mixte locale Route des lasers 3%-, ÌVOCATIONPATRIMONIALE AÏGALEMENTÏTÏCONSTITUÏE en 2004 en soutien au développement de la filière optique et lasers. Figure 16 : Institut Optique d’Aquitaine. 98 Z REE N°4/2017 GROS PLAN SUR #ETTE3%-,APERMISDAMÏNAGERDEUXPARCSTECHNOLOGIQUES s LA ZONE ,ASERIS SITUÏE Ì PROXIMITÏ DU ,-* AU "ARP AlN d’accueillir les industriels primo-contractants du projet LMJ, et d’autres sociétés ; s LA#ITÏDELA0HOTONIQUE SITUÏEÌ0ESSAC PERMETTANTDE METTREDESINFRASTRUCTURESADAPTÏESÌDISPOSITIONDESINDUS- triels de la filière optique et laser, non directement liés au ,-*$ESSOCIÏTÏSFORTEMENTINNOVANTESYSONTIMPLANTÏES Conclusion Le projet Laser Mégajoule a mobilisé pendant 20 ans DESCENTAINESDEPERSONNESAU#%!ETCHEZLESPARTENAIRES INDUSTRIELS$ELACONCEPTIONÌLAMISEENSERVICE ILAFALLU INNOVER DÏVELOPPER CRÏERLESTECHNIQUESETLESTECHNOLOGIES nécessaires et amener l’industrie française au niveau requis pour permettre ces réalisations. ,E,ASER-ÏGAJOULEESTUNEINSTALLATIONEXPÏRIMENTALEHORS du commun de par sa taille, son coût (plus de trois milliards d’euros aux conditions économiques de 2015) et sa très grande complexité, mais c’est surtout un formidable succès de LINDUSTRIEFRAN¥AISEPUISQUEPRÒSDEENTREPRISESYONT PARTICIPÏ3EULSLES%TATS
5NISDISPOSENTÌCEJOURDUNETELLE installation. Le LMJ, de par ses exigences de performances lar- r r gement au-dessus des standards industriels communs, est et restera une formidable référence de classe mondiale pour les INDUSTRIELSQUIYONTCONTRIBUÏ Depuis sa mise en service et la première expérience en 2014, l’installation poursuit sa montée en puissance progres- sive, produisant des résultats expérimentaux dans des condi- tions de plus en plus représentatives du fonctionnement des armes nucléaires. Le LMJ constitue ainsi un outil expérimen- tal essentiel pour le programme Simulation sur lequel repose la garantie des armes nucléaires de la dissuasion française. ,OUVERTURE DE LINSTALLATION Ì LA COMMUNAUTÏ ACADÏMIQUE avec l’apport du laser PETAL est une opportunité unique en %UROPEDEPRODUIREDESRÏSULTATSSCIENTIlQUESINNOVANTSÌLA fois pour le progrès de la connaissance et pour des applica- tions sociétales. Q Daniel Vanderhaegen est, depuis septembre 2015, directeur du pro- gramme Simulation du CEA/DAM. Il coordonne les projets reliés à la modélisation physique, la simulation numérique et les expériences auprès des grands instruments EPURE et LMJ. Daniel Vanderhaegen dispose d’une expérience technique et de management de plus de 30 années dans les domaines de l’hydrodynamique, de la physique des plasmas et de la matière condensée et de la physique nucléaire. Il est diplômé de l’Ecole des mines de Paris et détenteur d’un doctorat en physique des plasmas.