À une trentaine de kilomètres de Bordeaux, un laser concentre le temps d’un éclair davantage de puissance que tout le réseau électrique de la planète réuni.
Il s’appelle PETAL, pour PETawatt Aquitaine Laser, et il est installé au Barp, en Gironde, sur le site du CEA-CESTA.
Sa vocation première est de pousser la matière dans des états qu’on ne rencontre normalement qu’au cœur des étoiles ou dans les premiers instants de l’Univers. Couplé au gigantesque Laser Mégajoule, il atteindra son régime de croisière entre 2027 et 2029.
Fruit d’un investissement de 54,3 millions d’euros porté par la Région Aquitaine, l’État et l’Union européenne sous la conduite du CEA, il consacre une partie de son temps à la recherche civile.
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Le laser Mégajoule et
Doc, c’est quoi un pétawatt ?
Un pétawatt, c’est un million de milliards de watts, soit la puissance équivalente à celle d’environ un million de réacteurs nucléaires fonctionnant en même temps. Sauf qu’ici, cette puissance colossale n’existe que le temps d’une impulsion si brève qu’aucune horloge ordinaire ne saurait la mesurer.
Les impulsions de PETAL durent de 500 femtosecondes à 10 picosecondes. Une picoseconde, c’est un millième de milliardième de seconde ; une femtoseconde, mille fois moins encore, soit un millionième de milliardième de seconde.
Tout le secret est là : on ne stocke pas une énergie démesurée, on prend une quantité modeste (quelques centaines de joules, l’ordre de grandeur d’un service au tennis) et on la comprime dans un intervalle de temps si court que la puissance, elle, devient astronomique.
La lumière parcourt à peine l’épaisseur d’un cheveu pendant qu’une impulsion de PETAL passe.
Une naissance à 54,3 millions d’euros
Inauguré en septembre 2015, un an après la mise en service du Laser Mégajoule, le PETAL fut présenté à ses débuts comme le faisceau de haute énergie le plus puissant du monde, avec 1,2 pétawatt obtenu à partir de 850 joules comprimés en 700 femtosecondes. Dix ans plus tard, la concurrence internationale a pris de l’avance en puissance brute, notamment en Chine, mais PETAL a continué d’évoluer sur un autre terrain : sa singularité.
Techniquement, il repose sur deux méthodes combinées. La première, l’amplification à dérive de fréquence (Chirped Pulse Amplification, ou CPA), étire l’impulsion dans le temps pour l’amplifier sans détruire les optiques, avant de la recomprimer brutalement (une trouvaille récompensée par le prix Nobel de physique 2018).
La seconde, l’amplification paramétrique optique (Optical Parametric Amplification, ou OPA), soigne la qualité et la stabilité du faisceau. Ce mariage place PETAL dans la classe des lasers multi-pétawatts, avec un objectif de conception fixé à 7 pétawatts.
PETAL et le Laser Mégajoule, un duo introuvable ailleurs
Si PETAL fascine, ce n’est pas seulement pour lui-même. C’est parce qu’il travaille en couple avec le Laser Mégajoule, ou LMJ, un monstre d’ingénierie inauguré en octobre 2014. Le bâtiment tient du bunker : 300 mètres de long, quatre halls laser de 128 mètres qui convergent vers une enceinte centrale. Au cœur du dispositif trône la chambre d’expériences, une sphère d’aluminium de 10 mètres de diamètre pesant 140 tonnes, habillée de 40 centimètres de béton boré pour absorber les neutrons. Dans sa configuration finale, le LMJ alignera 176 faisceaux capables de délivrer 1,3 million de joules d’énergie, avec des impulsions réglables de 0,7 à 25 nanosecondes.
Sa raison d’être première est militaire : reproduire, à l’échelle du millimètre, les conditions des armes nucléaires afin de garantir la dissuasion française sans jamais procéder au moindre essai réel.
Crédit : CEA – Laser Mégajoule (LMJ), Le Barp (Gironde).
Depuis 2017, PETAL injecte son faisceau dans cet ensemble selon un angle très précis, ce qui autorise des radiographies et des diagnostics impossibles avec les seuls faisceaux du LMJ. Les impulsions de PETAL sont mille fois plus puissantes, mais mille fois plus brèves que celles du Mégajoule.
En résumé, le LMJ chauffe, comprime et maintient la matière ; PETAL, lui, sonde, éclaire et révèle ce qui se passe à l’intérieur.
Recréer les étoiles au sud de la Gironde
PETAL est un outil central de la physique des hautes densités d’énergie, une branche qui cherche à comprendre le comportement de la matière quand on la comprime, la chauffe et la traverse de champs extrêmes. Concrètement, le laser peut générer des faisceaux de protons ultra-énergétiques qui servent de sondes pour observer les plasmas créés par le LMJ. On étudie ainsi la turbulence, la naissance des champs magnétiques, ou des phénomènes proches de ceux des étoiles et des supernovæ.
Ces expériences nourrissent des modèles fondamentaux en astrophysique, en physique nucléaire et dans la compréhension de la fusion inertielle. Sur le plan stratégique, PETAL contribue à valider la dissuasion nucléaire française en fournissant des données expérimentales sans essai réel.
Depuis 2017, de 20 à 30 % du temps de faisceau est toutefois ouvert à des usages civils : recherche médicale, nouvelles techniques d’imagerie, interactions laser-matière pour l’industrie. Un laser capable de produire des particules secondaires ouvre la voie à des accélérateurs compacts et à des sources de rayonnement inédites. PETAL vit plusieurs vies, selon l’expérience qu’on lui confie.
① Source : création du faisceau laser infrarouge à très faible énergie.
② Préamplificateur : mise en forme du faisceau et première amplification.
③ Chaîne amplificatrice : amplification progressive jusqu’à plus de 15 000 joules.
④ Miroirs : acheminement du faisceau vers le système final.
⑤ Système optique de fin de chaîne (SCF) : conversion de l’infrarouge en ultraviolet puis focalisation du faisceau sur la cible au cœur de la chambre d’expériences.
PETAL face aux géants mondiaux
Sur le papier, plusieurs lasers étrangers affichent des chiffres plus élevés. Comparer ces machines revient toutefois à comparer des éclairs plutôt que des centrales, car le classement repose sur la puissance de pointe atteinte pendant des impulsions ultra-brèves.
Un chiffre en pétawatts ne dit pas tout : ce qui compte, c’est ce que l’installation permet réellement d’observer.
| Laser | Puissance de pointe | Durée d’impulsion | Localisation | Ce qui le distingue |
|---|---|---|---|---|
| ELI-NP (HPLS) | 10 PW (2 lignes) | ~25 fs | Roumanie (Măgurele) | Record mondial depuis 2019, construit par Thales |
| SULF | 10 PW | quelques fs | Chine (Shanghai) | Stratégie axée sur la puissance brute |
| ZEUS | 2 PW (objectif 3 PW) | ~25 fs | États-Unis (Michigan) | Le plus puissant des États-Unis, financé par la NSF |
| PETAL | 3,6 PW en sortie de chaîne | 0,5 à 10 ps | France (Le Barp) | Couplé au LMJ, seul à permettre les expériences hybrides ns/ps |
| Apollon | 2 PW (objectif 10 PW) | ~20 fs | France (Saclay) | En montée en puissance |
Puissances de pointe données en sortie de chaîne (valeurs records). Pour PETAL, le chiffre de 3,6 PW provient du guide utilisateur de l’installation ; l’énergie sur cible est bridée à 600 J en 0,5 ps, soit environ 1,2 PW, pour les campagnes 2027-2029.
Ce qui distingue PETAL, ce n’est donc pas un record isolé, mais son intégration au Laser Mégajoule, qui rend possibles des expériences hybrides nanoseconde-picoseconde qu’aucune autre installation ne sait reproduire aujourd’hui.
À l’horizon 2027-2029, PETAL atteindra son régime de croisière au moment même où le LMJ sera pleinement finalisé. Autour d’eux gravitent le CNRS, le Centre lasers intenses et applications, les universités et des partenaires internationaux, et des générations de chercheurs viennent y apprendre comment on apprivoise la lumière lorsqu’elle devient presque une force brute.
Sources :
- CEA — Laser Mégajoule, Description de l’installation LMJ (consulté en 2026)
https://www-lmj.cea.fr/lmj-description.html
Fiche technique officielle du LMJ : chambre d’expériences de 10 m, halls laser, nombre de faisceaux et énergie. - Laserlab-Europe, CESTA — LMJ & PETAL (consulté en 2026)
https://laserlab-europe.eu/about/members/cesta /
Caractéristiques de PETAL : impulsions de 500 fs à 10 ps, énergie sur cible limitée à 600 J, diagnostics disponibles. - Invest in Bordeaux, Le plus puissant laser du monde inauguré près de Bordeaux (27 septembre 2015)
https://investinbordeaux.fr/le-plus-puissant-laser-du-monde-inaugure-pres-de-bordeaux /
Inauguration de 2015, record de 1,2 PW et coût total de 54,3 millions d’euros. - Optics.org, ELI-NP laser hits 10 petawatts peak power (2019)
https://optics.org/news/10/3/41
Record mondial de 10 PW à Măgurele, installation construite par Thales.
