FR2906674A1 - Dispositif pour prolonger dans le vide un plasma conducteur d'electricite - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif dit laser périphérique dont l'action combinée à celle d'un laser dit laser central, délivrant une intensité suffisante pour obtenir un plasma relativiste, permet de maintenir durablement dans le vide le filament de plasma conducteur d'électricité.Le dispositif selon l'invention est généralement constitué d'une cavité résonnante (6) traversée en son centre par un tube central (3) dont l'intérieur est constitué d'un matériau réfléchissant. L'intensité du laser périphérique (1) est supérieure à celle délivrée par le laser central (2). Le tube central (3) traverse en leurs centres respectifs le miroir réflecteur (4) et le miroir de transmission (5), ce qui n'empêche pas de produire une émission stimulée quand l'énergie atteint un seuil suffisant dans la cavité résonnante (6). L'onde de sillage (8) en provenance du laser central (2) traverse le tube central (3). A sa sortie, les conditions particulières crées par le flux ondulatoire périphérique (7) s'interposent entre le vide (14) et l'onde de sillage (8) pour maintenir les électrons dans l'onde de sillage (8).L'invention a pour objectif l'exploitation de l'énergie concentrée à proximité du soleil.

Description

1 La présente invention concerne un dispositif conçu pour maintenir et

prolonger durablement dans le vide un rayon de lumière autofocalisée, vecteur d'un filament de plasma conducteur d'électricité issu d'un laser de conception classique en relation avec une source gazeuse, avec les quels le dispositif selon l'invention est agencé.

De nombreuses observations ont confirmé qu'il est possible d'obtenir des phénomènes d'autofocalisation en fonction du rapport créé entre la qualité optique d'un milieu et celles du rayon lumineux qui le traverse. Mais jusqu'à présent, aucun phénomène d'autofocalisation n'a put être obtenu quand le rayon lumineux, cessant de traverser un milieu favorable, débouche dans le vide. Le dispositif selon la présente invention a pour objet de créer artificiellement un phénomène ondulatoire particulier qui s'interpose entre le vide et un faisceau laser autofocalisé, vecteur d'un plasma relativiste conducteur d'électricité, pour favoriser le maintient des conditions nécessaires afin de prolonger un phénomène d'autofocalisation, même quand le rayon lumineux débouche dans le vide.

Il convient de faire ici l'historique des observations antérieures. Des phénomènes d'autofocalisation ont été observés pour la première fois en URSS vers 1964. En Union Soviétique, le physicien Gourghen Achotovitch Askarian et son équipe menaient des expériences dans le but d'étudier l'éclairage des fonds sous-marins. Le phénomène a été découvert par ses assistants, N.F. Filipetski et A.R.

Roustanov qui dirigeaient le rayon d'un puissant laser à travers des cuvettes remplies de différents liquides organiques. Les observateurs ont alors observé que contrairement à toute attente, au lieu de diverger sous l'effet de la diffraction, les rayons lumineux dont l'intensité atteint un certain seuil se resserrent en un fil mince, encore plus mince qu'à l'ordinaire et ils n'observaient plus d'effet de dispersion, ni de diffraction, ni de diffusion. (Les moyens autour l'année 1965 ne permettaient pas de pratiquer des observations aussi fines que de nos jours.) C'est Askarian qui a donné le nom d'autofocalisation au phénomène qu'il venait de découvrir. En poursuivant ses expériences avec la collaboration de B.I. Talanov à l'institut Gorki de radio physique de Moscou, Askarian a découvert deux façons différentes de réaliser des phénomènes d'autofocalisation en fonction du rapport créé entre la qualité optique du milieu et celles du rayon qui les traverse. Les expérimentateurs annonçaient que, selon les variations entre ces différents rapports, le rayon peut se resserrer en un faisceau infini, mais on peut aussi le faire converger en un endroit où il libère toute son énergie.

2906674 2 C'est probablement au CEA à Saclay, en 1995, que fut observé pour la première fois au monde le phénomène d'autofocalisation d'un faisceau laser dans une "atmosphère" artificielle. II s'agissait plus précisément d'un gaz d'hydrogène. L'expérience était conçue en connaissance de cause par Pascal Monot et Thierry 5 Auguste sur les bases d'une prévision qui datait de 1974. Les physiciens furent ravis de pouvoir confirmer dans les faits ce qui n'était jusqu'alors qu'une construction théorique. L'expérience fut menée à l'aide du prodigieux laser P.102. Au cours de l'expérience, le rayon issu du laser P.102 traversait successivement une lentille, un espace vide, un jet d'hydrogène avant de retrouver un espace vide. Le laser P.102 10 produisait un faisceau dont l'intensité lumineuse atteignait 1018 W/cm2. L'énergie que produisait le laser était suffisamment intense pour dissocier les électrons de leurs noyaux atomiques au cours de la traversée du jet d'hydrogène et créer ainsi un plasma relativiste. Ce qui signifie que le champ électrique résultant de la génération du plasma se déplace presque qu'à la même vitesse que le laser qui l'a provoqué ; une vitesse proche de celle 15 de la lumière. En raison de l'intensité lumineuse, il se crée alors une onde de sillage qui entraîne derrière elle les électrons libres de la même façon que le ferait une étrave de bateau lancé à grande vitesse sur la mer. Au cours de l'expérience, il s'en suivait un phénomène d'autofocalisation, le rayon lumineux se resserrant sur lui-même. Du fait du resserrement du rayon et de sa concentration sur lui-même, l'intensité lumineuse passait 20 de 1018 W/cm2 à 1019 W/cm2. Les expérimentateurs constatèrent au cours de leurs expériences que le phénomène d'autofocalisation ne se produisait jamais dans le vide. II ne se manifestait que lorsque le rayon traversait l'atmosphère artificielle, matérialisée au cours de ces expériences par le jet d'hydrogène. L'autofocalisation ne se réalisait ni avant que le rayon laser traverse le jet d'hydrogène, ni après, bien que le rayon laser 25 poursuive sa trajectoire dans le vide. Ce qui nous ramène à la définition d'Askarian selon qui, des phénomènes d'autofocalisation peuvent être obtenus en fonction du rapport créé entre la qualité optique du milieu et celles du rayon qui le traverse. Pour cela, il faut que le rayon traverse un milieu, cela ne marche pas dans le vide. Peu après, vers la même époque, une équipe de chercheurs dirigés par Xin Mia 30 Zaho, au Laboratoire national de Los Alamos, au Nouveau Mexique, cherchait à approfondir les raisons pour les quelles il est difficile de maintenir des faisceaux lasers sur de longues distances dans l'atmosphère. La raison, ils la connaissaient déjà, c'est que le rayon laser échauffe l'air à proximité des zones qu'il traverse. Ce qui provoque des sortes de lentilles thermiques aux alentours du rayon lumineux, de sorte que celui-ci se disperse beaucoup plus rapidement qu'il ne le fait dans le vide, (quand il n'est pas autofocalisé). L'objectif des physiciens était d'approfondir l'étude du phénomène.

2906674 3 Les expérimentateurs utilisaient un puissant laser infrarouge au saphir titane. Au lieu du résultat qu'ils attendaient, ils ont observé l'effet contraire. Quand l'impulsion lumineuse atteint un certain seuil d'intensité, le faisceau au lieu de se disperser d'avantage encore, s'autofocalise sous la forme d'un filament étroit. En fait, dans cette 5 expérience, il passait par un canal dont le diamètre était de quelques micromètres seulement et se propageait sur de longues distances dans l'atmosphère avec des pertes minuscules. Les chercheurs soupçonnèrent aussitôt qu'il se produisait alors des effets d'auto compensation non linéaires dû à l'intensité du rayon et que ceci donnait l'impression qu'il n'y avait ni dispersion, ni diffraction, ni diffusion. Il est probable que les 10 expérimentateurs utilisaient un laser à diazote car l'expérience avait lieu sans le recours de cavité optique, ni de miroirs, ni de lentilles. (Émission super radiante). Ce qui justifie le terme d'autofocalisation. L'explication de ce phénomène, d'après les chercheurs de Los Alamos, est que l'intensité du rayon est telle qu'il se crée un plasma dans l'air. Le laser forme un tunnel de 15 plasma et ceci, sur de longues distances. Le plasma étant conducteur d'électricité, Mia Zaho envisageait d'utiliser sa découverte à des fins de paratonnerre pour protéger les aéroports et d'autres endroits stratégique. Mais il y aurait un inconvénient à cela. Le tunnel de plasma attirerait la foudre, aussi forte que puisse être sa charge et celle-ci détruirait du même coup l'installation dont le prix serait rédhibitoire.

20 Ce n'est qu'au cours des toutes dernières années que les chercheurs ont put se livrer à des observations plus fines menées en utilisant des accélérateurs à champs de sillage laser dont l'intensité peut atteindre 1022 W/cm2, pour approfondir le déroulement du phénomène. En utilisant ces techniques et en focalisant le rayon laser sur un jet d'hélium, les 25 physiciens ont observé un processus jusque là inconnu dans le comportement des électrons. Bien entendu, le rayon laser d'une telle puissance dissociait instantanément les électrons des noyaux atomiques et produisait un plasma aussitôt entraîné dans le sillage de l'onde laser. Ce qui est nouveau, c'est qu'en plus de l'onde de sillage déjà connue des expérimentateurs, ceux-ci ont put observer que la pression de radiation du 30 laser est tellement importante qu'elle agit, selon Chandrashekhar Joshi, professeur de génie électrique à l'université de Californie à Los Angeles, "comme un projectile sur les éléments les plus légers au coeur du plasma". Les électrons à cause de leur légèreté, sont éjectés dans toutes les directions (sous l'impacte des forces qui agissent comme un projectile) alors que les noyaux atomiques étant plus massifs poursuivent leur trajectoire sur leur lancée dans l'onde de sillage du rayon laser. Mais au cours de ces expériences qui se passaient dans l'atmosphère naturelle des laboratoires, les électrons échappés ne 2906674 4 s'éloignaient pas très loin. Les expérimentateurs observèrent que bien vite, ils rejoignent l'axe du laser car ils sont rappelés, expliquent t'ils, par les charges positives des noyaux atomiques: les protons. Plus légers que les noyaux, les électrons les rattrapent sous l'effet de la pression d'ondes du laser et même, les dépassent. Puis ils sont de nouveau 5 éjectés avant de réintégrer l'axe du laser et ainsi de suite. Les électrons délimitent ainsi des sortes de bulles d'environ dix micromètres de diamètre qui suivent l'onde de sillage du laser en tourbillonnant. Ces précieuses observations permettent de mieux comprendre ce qui se passe au cours des phénomènes d'autofocalisation dans les plasmas. Une remarque s'impose 10 toute fois. Apparemment, la force d'attraction exercée par les protons ne suffit pas à attirer les électrons directement à eux car les expérimentateurs observent que ces électrons rejoignent dans un premier temps l'axe du laser à l'arrière des protons et ce n'est que lorsqu'ils sont de nouveau entraînés dans l'onde de sillage qu'ils les rattrapent et même, les dépassent.

15 Il convient de rappeler ici que, contrairement à l'expérience de Saclay, les dernières observations ne se déroulaient à aucun moment dans le vide. Elles avaient lieu dans l'atmosphère ambiante du laboratoire. Que se serait t'il passé si le rayon jusque là autofocalisé, après avoir traversé la composante gazeuse, avait débouché sur le vide ? Il est probable que les expérimentateurs auraient observé, comme à Saclay, la dispersion 20 définitive des électrons. On observe donc deux cas. Celui ou les électrons rejoignent l'axe du faisceau laser. C'est quand ils entrent en contact avec une atmosphère artificielle (jet d'hélium ou d'hydrogène par exemple) ou une atmosphère naturelle, (Los Alamos). Dans un deuxième cas, (Saclay,) les électrons débouchent dans le vide et s'échappent 25 définitivement de l'onde de sillage du laser. Pourtant, lorsqu'ils passent d'un milieu qui contient une atmosphère, au vide, les protons continuent sur leur lancée et sur la même trajectoire, du moins sur une certaine distance. Logiquement, la charge magnétique des protons reste la même et ils devraient continuer d'attirer à eux, ou dans le sillage du laser, les électrons échappés, même 30 quand le rayon débouche dans le vide. Apparemment, ce n'est pas le cas. Le pouvoir d'attraction des masses positives (les protons) reste inchangé et pourtant il ne suffit plus à lui seul pour s'opposer à l'énergie qui disperse les électrons ou, pour que le filament de plasma se perpétue dans sillage de l'onde laser à travers le vide. Une hypothèse pour expliquer cela serait que les charges positives n'auraient pas 35 à elles seules une puissance suffisante pour attirer les électrons éjectés et qu'une condition additionnelle qui n'existe pas dans le vide serait nécessaire pour que ces 2906674 5 électrons réintègrent le circuit en revenant dans le sillage de l'onde laser. D'où la question suivante : n'y aurait t'il pas un autre phénomène, situé à l'extérieur dans l'environnement du faisceau autofocalisé, qui s'ajouterait à celui décrit plus haut à la suite des observations relatées par Chandrashekhar Joshi, pour favoriser dans un premier 5 temps, le retour des électrons dans l'axe du laser, avant qu'ils rattrapent et dépassent les protons ! Ce qui expliquerait que si un rayon laser d'une puissance suffisante traverse une atmosphère naturelle ou artificielle, ou encore un liquide, on obtient dans certains cas un phénomène d'autofocalisation, par contre, si le même rayon laser débouche dans le vide, l'effet d'autofocalisation cesse aussitôt. Dans ces conditions, le milieu traversé 10 qu'il soit liquide ou gazeux ne produirait t'il pas un effet d'interface entre lui et le plasma dans le sillage de l'onde laser ? Ce qui apparaît clairement, c'est qu'il est nécessaire d'interposer un effet spécial ou quelque chose entre le vide et le plasma pour que celui-ci puisse se perpétuer durablement hors d'une atmosphère ou d'un liquide. Dans l'espace, il est difficile 15 d'imaginer autre chose que des ondes électromagnétiques, pourvu qu'elles correspondent à des conditions bien précises. Le dispositif selon l'invention a pour objet un dispositif propre à créer de telles conditions dans l'espace. II n'y aurait aucun sens à décrire le dispositif selon l'invention, dit laser périphérique (1) et les conséquences qu'il est en mesure de générer sans faire état du 20 laser dit laser central (2), avec le quel il est étroitement agencé pour exercer une influence combinée. Leur action est complémentaire. Dans le cadre des objectifs de la présente invention, c'est à dire le maintient durable d'un filament de plasma conducteur d'électricité dans le vide, le dispositif selon la présente invention (1) agit comme un outil complémentaire du laser central (2).

25 Il est important que le laser périphérique (1) et le laser central (2) fonctionnent indépendamment en parfaite synchronisation dans le temps et dans l'espace. Indépendamment, c'est-à-dire que cela n'a rien à voire avec la coordination spatiale et temporelle qui est à l'origine de la cohérence de phase qui caractérise les émissions laser. Il est même fortement conseillé que les deux lasers émettent sur des fréquences 30 différentes. Mais il est indispensable qu'ils émettent indépendamment, en même temps et dans la même direction. En ce qui concerne le laser périphérique (1) objet de l'invention, il ne s'agit pas ici de réinventer la roue. De nombreux types de lasers sont connus, qui se distinguent principalement par leur mode de pompage. Parmi ceux-ci, on distingue à titres 35 d'exemples non exhaustifs et non limitatifs, le pompage optique, le pompage électronique, le pompage thermique, le pompage chimique, le pompage par injection de porteurs, le 2906674 6 pompage par particules lourdes, le pompage par rayonnement ionisant, etc. Tous ces modes de pompages et d'autres sont susceptibles d'être utilisés au cours de différents programmes de recherche et d'utilisation concernant le dispositif selon l'invention. Le critère principal au quel devront répondre les laser utilisés dans les applications de 5 l'invention est qu'ils produisent indépendamment, comme tous les lasers, des émissions de lumière directive en cohérence de phase dans l'espace et dans le temps. A titre d'exemple non limitatif de l'invention, la description suivante concerne un laser périphérique (1) utilisant une cavité résonnante de type Fabry-Perot. Le laser périphérique (1), objet de la présente invention, a pour première 10 caractéristique d'être traversé en son centre par un tube creux, rectiligne, dit tube central (3) qui relie le miroir réflecteur (4), au miroir de transmission (5) en les traversant tous les deux perpendiculairement en leur centre respectif. En conséquence, les deux miroirs (4 et 5) sont caractérisés en ce qu'ils sont en forme de couronnes ou en forme d'anneaux, traversés en leur centre respectif par le tube central (3) dont l'intérieur est constitué d'une 15 matière réfléchissante, non représentée sur les dessins. La présence du tube central (3) n'empêche pas le laser périphérique de produire des émissions lumineuses en cohérence de phase. Soit à titre d'exemple indicatif non limitatif de l'invention, un laser périphérique (1) dont l'émission stimulée s'organise à l'intérieur d'une cavité résonnante (6), de type 20 Fabry-Perot. Quel qu'en soit le mode de pompage, optique ou électrique, le tube central (3) n'empêchera pas les photons d'accomplir les nombreux va-et-vient au cours des quels ils stimuleront l'énergie des atomes situés entre les deux miroirs. Donc, la présence du tube central (3) ne s'opposera pas à ce que le laser périphérique (1) puisse libérer une émission stimulée d'énergie à travers le miroir de transmission (5), quand cette énergie 25 aura atteint un seuil d'intensité suffisant à l'intérieur de la cavité résonnante (6). Cependant, à cause de la présence du tube central (3), le flux lumineux produit par le laser périphérique (1) aura dés son origine la forme d'un tube particulier, car de nature ondulatoire, dans le prolongement de la cavité résonnante (6) et du miroir de transmission (5).

30 Par convention, le flux lumineux ou de façon plus générale, le flux ondulatoire produit dans le prolongement du laser périphérique (1) sera dit flux ondulatoire périphérique (7). Par convention, le flux lumineux ou de façon plus générale, le flux ondulatoire 35 produit dans le prolongement laser central (2) sera dit onde de sillage (8) sous entendu, onde de sillage (8) du laser central (2).

2906674 7 La fonction du laser central (2) est de produire un rayon lumineux d'une intensité suffisante, de l'ordre de 1018 W/cm2, pour obtenir un faisceau autofocalisé. Ce rayon est projeté sur une masse gazeuse (9), à titre d'exemple non limitatif, un jet d'hélium dont il va dissocier les électrons des protons et produire ainsi un plasma. L'intensité est 5 suffisante pour entraîner la matière ionisée dans l'onde de sillage (8) du laser central (2) à une vitesse relativiste. L'invention repose sur le principe que le flux ondulatoire périphérique (7) est doté d'une pression d'onde, (force de Laplace) suffisamment supérieure à celle qui règne au coeur de l'onde de sillage (8) du laser central (2), ou éventuellement, 10 dans le proche entourage de celle-ci (8), pour faire obstacle à la fuite des électrons soumis à la pression de radiation qui disperse les éléments les plus légers du plasma. (Voire plus haut Chandrashekhar Joshi). Il n'est donc pas recommandé d'élever sensiblement l'intensité du laser central (2) au delà du seuil nécessaire pour obtenir un plasma relativiste au coeur du rayon 15 autofocalisé car, pour maintenir la différence des pressions de radiations, il faudrait augmenter d'autant celle du laser périphérique. Par contre, plus la pression ondulatoire délivrée par le laser périphérique (1) sera élevée par rapport à celle délivrée par le laser central (2), plus le dispositif selon l'invention devrait être performant. D'ailleurs, il n'est pas dit que la différence des forces de Laplace entre le flux 20 ondulatoire périphérique (7) et l'onde sillage (8) du laser central (2) doive être nécessairement importante. Il s'agit d'une nouvelle voie de recherche mal explorée à ce jour, qui peut mettre en évidence des effets non linéaires que nous ne soupçonnons pas encore. En termes plus précis, le laser périphérique (1) selon l'invention est caractérisé 25 en ce qu'il délivre un flux ondulatoire (7) dont la pression d'ondes est supérieure à celle de Ponde de sillage (8) du laser central (2) ou du proche environnement de celle-ci. L'innovation consiste pour une part à utiliser la pression d'onde au sein du flux ondulatoire périphérique (7), comme une sorte de gaine isolante qui s'interpose entre le vide (14) et le filament de plasma relativiste entraîné dans par l'onde de sillage (8) du 30 laser central pour éviter que les électrons se dispersent dans l'espace. C'est possible à condition que la pression d'onde fournie par le laser périphérique (1) soit supérieure à la pression d'onde produite par le laser central (2). Les physiciens peuvent jouer pour obtenir ces résultats sur l'intensité respective des deux lasers, ou sur les fréquences des ondes électromagnétiques, ou sur les deux tableaux à la foi.

35 Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte une structure d'assemblage (10), rigide, réunissant étroitement le laser périphérique selon l'invention 2906674 8 (1) et le laser central (2) avec le quel il est agencé, de façon à ce qu'ils forment un assemblage compacte, de telle manière que le laser central (2) situé en amont soit dans le même alignement, sur le même axe que le tube central (3) selon la présente invention et que le rayon produit par le laser central (2) traverse d'une extrémité à l'autre et même 5 au-delà, le dit tube central (3). Un organe de synchronisation, non représenté sur les dessins, coordonne les émissions du laser périphérique (1) avec celles du laser central (2) de façon qu'elles se produisent en même temps. A titre d'exemple indicatif non limitatif, un dispositif non représenté sur les dessins, ou une méthode inspirée de celui ou de celle déjà employé (e) 10 pour assurer la coordination temporelle sur les faisceaux du LIL pourra être utilisé (e) pour synchroniser les émissions du laser périphérique (1) avec celui du laser central (2). Le rayon projeté par le laser central (2) traverse une masse gazeuse (9), soit à tire d'exemples non limitatifs, un jet d'hélium ou d'hydrogène qu'il rencontre dans un espace isolé du vide dit chambre d'autofocalisation (11) pourvu d'une ouverture pour 15 l'arrivée du rayon, une pour sa sortie et le plus souvent, un tube d'alimentation gazeuse. Il a été précisé que l'intensité du laser central (2) est suffisante, de l'ordre de 1018 W/cm2, pour dissocier les électrons des noyaux atomiques et entraîner le plasma ainsi obtenu dans l'onde de sillage (8) qu'il produit. A la sortie de la chambre d'autofocalisation (11), l'onde de sillage (8) du laser 20 central (2), vecteur du plasma relativiste, traverse le tube central (3). La matière réfléchissante qui tapisse l'intérieur du tube central (3) joue le même rôle vis-à-vis des ions contenus dans le plasma relativiste, qu'une interface vis-à-vis des photons dans une fibre optique. Par ricochet, tous les électrons sont réintroduits dans l'onde de sillage (8) du laser central (2).

25 A sa sortie du tube central (3), le rayon issu du laser central (2) déboucherait dans le vide s'il n'y avait le flux ondulatoire périphérique (7) émis par le laser périphérique (1), qui l'entoure de toute part en l'isolant de ce vide (14) comme une gaine constituée par la force de Laplace. Imaginons que par un défaut de synchronisation entre le laser central (2) et le 30 laser périphérique (1), le flux ondulatoire périphérique (7) ne soit pas au rendezûvous. Rappelons que selon Chandrashekhar Joshi, la pression de radiation du rayon laser autofocalisé peut être telle qu'elle agirait comme un projectile qui disperserait les électrons. Par hypothèse, les forces magnétiques des ions positifs restées dans l'onde de sillage du laser central ne suffisant pas à elles seules pour retenir les électrons, ils se 35 disperseraient définitivement dans le vide (14). II n'y aurait plus de plasma et l'effet d'autofocalisation cesserait du même coup.

2906674 9 Si la synchronisation est parfaite entre les deux lasers (1 et 2), les électrons à la sortie du tube central (3) amorceront un mouvement échappatoire, vers l'extérieur du rayon comme s'ils étaient dispersés par un projectile. C'est là qu'intervient la force de Laplace contenue dans le flux ondulatoire produit par le laser périphérique (1). De toute 5 part, ces électrons rencontreront le flux ondulatoire périphérique (7) de forme tubulaire issu du laser périphérique (1), caractérisé en ce que la force de Laplace dont il est détenteur est supérieure à celle de l'onde de sillage ((8) du laser central (2) ou de son proche environnement. La différence de pression ondulatoire devra être suffisante pour s'opposer à la dispersion des électrons. Cela devrait s'accomplir d'autant plus facilement 10 que les ions positifs qui se maintiennent, eux, sur leur trajectoire initiale en raison de leur masse d'inertie supérieure, contribuent à rappeler par attraction magnétique les électrons dans le sillage de l'onde laser dit onde de sillage (8). Une foi stoppé l'élan de fuite des électrons par la "muraille" des forces de Laplace, les forces électromagnétiques présentes dans les nucléons qui se maintiennent 15 sur leur trajectoire en raison de leur masse, devraient suffire sur la base des observations rapportées par Chandrashekhar Joshi, pour rappeler les électrons fuyards vers la zone de moindre pression située dans le sillage de l'onde du laser central (2) dit onde de sillage (8) du laser central (2). Telle est du moins l'hypothèse sur la quelle s'appuie la présente invention. En d'autres termes, la conjonction des forces de Laplace au sein du flux 20 ondulatoire périphérique (7) et celle des forces magnétiques dans l'onde de sillage du laser central (8) devrait suffire, si l'on se réfère aux observations décrites plus haut en référence à Chandrashekhar Joshi, pour s'opposer à la dispersion de ces électrons et entretenir durablement l'effet d'autofocalisation dans le vide avec, un filament de plasma conducteur d'électricité au centre.

25 II n'est peut être pas avantageux que les électrons s'écartent trop de l'axe du laser central (2) avant de rencontrer l'obstacle que leur oppose l'encerclement par la force de Laplace contenue dans le flux ondulatoire périphérique (7) produit par le laser périphérique (1). Or, selon le dispositif décrit ci-dessus, à la sortie du tube central (3), les électrons devraient traverser une distance qui correspond à l'épaisseur du tube central (3) 30 avant de rencontrer le flux ondulatoire périphérique (7). L'épaisseur du tube central sera vraisemblablement bien supérieure aux dix micromètres des bulles de plasma quand elles baignent dans l'atmosphère. Pour remédier à cet inconvénient, l'invention prévoit un jeu facultatif d'au moins deux miroirs dits miroirs de renvoi. Selon ce mode particulier de réalisation de l'invention, un premier miroir de 35 renvoi (12) hors la cavité de Fabry-Perot, est situé dans le prolongement du faisceau lumineux du miroir de transmission (5). En principe, il est de même dimension et de 2906674 10 même forme circulaire que le miroir de transmission (5), sauf qu'il est caractérisé par une surface réfléchissante orientée vers un deuxième miroir de renvoi (13) hors de la cavité de Fabry-Perot, disposé sur la couronne que forme le tube central (3), à sa sortie.

5 Ce deuxième miroir de renvoi (13) dont la forme et la dimension correspondent approximativement à la partie terminale du tube central (3), est caractérisé en ce qu'il reçoit l'éclairement du premier miroir de renvoi (12) qu'il réoriente vers l'espace, parallèlement à l'axe du laser central (2). Le flux ondulatoire issu du deuxième miroir de renvoi (12) sera une réplique (7 bis) avec un diamètre restreint du flux ondulatoire 10 périphérique (7). Son diamètre intérieur sera sensiblement du même ordre que celui du tube central, environ dix micromètres. Dans la mesure du possible, il sera tenu compte pour l'orientation du deuxième miroir de renvoi (13), (ou pour l'orientation du miroir de transmission (5) dans les applications de l'invention ou il n'y aurait pas de miroir de renvoi), de l'inévitable cône de 15 dispersion du flux ondulatoire périphérique (7) de façon à ce qu'il ne se referme pas sur luiûmême et laisse un espace libre d'environ dix micromètres pour l'onde de sillage du laser central (8). Pour des raisons de physique, il est indispensable que le flux ondulatoire périphérique (6) se produise dans le vide (14). Commeil a été précisé plus haut, la 20 pression d'onde au sein du flux ondulatoire périphérique (7) doit se caractériser par une force supérieure à celle produite par le laser central (2), au sein de l'onde de sillage (8). Donc, si le flux ondulatoire périphérique (7) traversait une atmosphère naturelle ou artificielle, il créerait de façon indépendante un plasma relativiste, conducteur d'électricité qui entrerait en court-circuit avec le plasma contenu au coeur du faisceau issu du laser 25 central (2). II se produirait un court-circuit entre les deux plasmas et il n'y aurait plus d'interface pour permettre aux ions de ricocher vers l'onde de sillage du laser central. En conséquence, le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que le laser périphérique, objet de l'invention et, le laser central avec le quel il forme un assemblage compacte, sont tous deux activés dans le vide (14). Leur entrée en fonction commence à 30 partir du vide et les effets qu'ils engendrent doivent se produirent d'abord dans le vide (14). II peut s'agir du vide naturel ou d'un vide artificiel. Un des modes d'application les plus courants de l'invention consiste à placer l'assemblage qui réunit le laser périphérique (1) et le laser central (2) à bord d'un satellite, hors de l'atmosphère. Cela convient très bien à l'usage au quel est destiné à terme le dispositif objet de l'invention.

35 On peut envisager d'autres modes d'application de l'invention, par exemple pour la réalisation des prototypes. Dans ce cas, il est important que les techniciens aient 2906674 11 facilement accès aux différents organes du dispositif selon l'invention, pour étudier leur comportement et procéder éventuellement aux réglages qui conviennent. Le plus simple, dans ce cas est de disposer d'installations au sol en isolant le matériel expérimental dans un environnement sous vide artificiel.

5 II n'est pas besoin de disposer d'un plasma relativiste pour s'assurer, dans un premier temps, de l'efficacité du confinement Laplacien des électrons, obtenu par la mise en oeuvre du laser périphérique (1) objet de la présente invention. La production de plasmas peut être obtenue avec des lasers à partir de 1014 W/cm2. Ce ne sont, certes pas des plasmas relativistes mais ce sont des plasmas. Aux premiers stades expérimentaux, 10 il serait intéressant d'expérimenter un laser périphérique (1) objet de l'invention fournissant une intensité de 1018 W/cm2, à titre d'exemple non limitatif, avec des plasmas de l'ordre de 1015 W/cm2, 1016 ou 1017 W/cm2 pour vérifier que les électrons restent bien confinés par le flux ondulatoire périphérique (7) dans l'onde de sillage (8) du laser central (2). Il est bon de rappeler que le laser périphérique ne produit pas de plasmas.

15 A terme, il s'agira d'utiliser un laser central (2) délivrant une intensité de 1018 W/cm2 qui produira un plasma dont l'intensité, par suite de resserrement du rayon, sera de l'ordre de 1019 W/cm2. En tout logique, le laser périphérique (1), objet de l'invention devra être caractérisé par une intensité de 1020 W/cm2 ou davantage. Les dessins annexés illustrent un exemple de réalisation de l'invention à partir 20 d'une cavité résonnante de type Fabry-Perot. La figure 1 représente en coupe, un laser périphérique (1) selon l'invention. La figure 2 représente vu de dessus, un laser périphérique (1) selon l'invention. La figure 3 représente en coupe, l'agencement d'un laser périphérique (1) selon l'invention, avec un laser central (2) en vue de maintenir durablement un filament de 25 plasma conducteur d'électricité dans l'espace. En référence à ces dessins, le dispositif selon l'invention comporte un laser dit laser périphérique (1) caractérisé par un tube central (3) qui occupe le centre de la cavité résonnante (6) et traverse en leur centres respectifs le miroir réflecteur (4) et le miroir de transmission (5).

30 Le laser périphérique (1) et le laser central (2) sont réunis par une structure d'assemblage (10) compacte, de manière à ce que le laser central (2) soit dans l'alignement du tube central (3) qu'il traverse en second lieu, après avoir traversé au préalable une masse gazeuse (9) dans la chambre d'autofocalisation (11). A titre d'exemple indicatif, non limitatif, le laser périphérique (1) produira un 35 éclairement d'une intensité de 1020 W/cm2. Le laser central (2), un éclairement d'une intensité de 1018 W/cm2. Pour distinguer les différents effets des lasers, le flux ondulatoire 2906674 12 périphérique (7) et l'onde de sillage (8) du laser central (2) sont représentés de façon différente sur la figure III. L'onde de sillage du laser central (8) étant autofocalisée, elle est représenté par un trait continu fin et fléché (8) pour la distinguer du flux ondulatoire périphérique (7) non autofocalisé, représenté par un trait plus fort , continu et fléché .

5 Dans une forme de réalisation préférentielle de l'invention représentée figure III, le flux lumineux sorti du miroir de transmission (5) est dirigé sur un premier miroir de renvoi (12) hors la cavité de Fabry-Perot. Celui-ci (12), après avoir capté la lumière la réfléchit sur un deuxième miroir de renvoi (13) hors la cavité de Fabry-Perot, situé sur le bord du tube central (3), à sa sortie, de façon à réduire la liberté de fuite des électrons 10 hors de l'onde de sillage du laser central (8) dans les mêmes proportions que celles qu'ils rencontraient à l'intérieur du tube central (3). De l'ordre de dix micromètres. En référence à ces mêmes dessins, un état récapitulatif de la nomenclature est proposé ci- dessous : (1) Laser périphérique ; 15 (2) Laser central ; (3) Tube central ; (4) Miroir réflecteur ; (5) Miroir de transmission ; (6) Cavité résonnante ; 20 (7) Flux ondulatoire périphérique ; (8) Onde de sillage, sous entendu, onde de sillage du laser central ; (9) Masse gazeuse ; (10) Structure d'assemblage ; (11) Chambre d'autofocalisation ; 25 (12) Premier miroir de renvoi hors cavité de Fabry ù Perot ; (13) Deuxième miroir de renvoi hors cavité de Fabry ù Perot ; (14) Désigne le vide. (15) A titre indicatif, anode du laser périphérique : (16) Cathode du laser périphérique.

30 Le fait, pour les ingénieurs de pouvoir disposer d'un dispositif qui permette de prolonger durablement un filment conducteur d'électricité dans le vide de l'espace ouvre à lui seul, pour l'espèce humaine, de nouvelles perspectives énergétiques dont la portée pourrait être considérable. De nouvelles perspectives en parfaite adéquation avec ce qui serait sans doute, la meilleure voie de recherche pour orienter raisonnablement l'avenir 35 énergétique de l'humanité. Il s'agirait d'intercepter le rayonnement très concentré à proximité du soleil à bord de satellites munis de vastes panneaux solaires et de 2906674 13 transmettre cette énergie une foi transformée, sans dispersion aucune et sans pertes élevées en direction de la terre. Les techniciens spécialisés sont déjà capables d'accomplir des performances étonnantes pour résoudre les problèmes de navigation spatiale et surmonter les 5 difficultés posées par la fiabilité des composants électroniques dans les environnements soumis à de hautes températures. L'idée d'intercepter l'énergie solaire là où elle est la plus concentrée, avec bien entendu des marges de sécurité thermiques suffisantes, a donc dû effleurer certains cerveaux, mais jusqu'à présent, elle semblait ne pas pouvoir se réaliser. Cela pour deux 10 raisons majeures. La première raison était déjà hautement dissuasive. Pour constituer un filament de plasma conducteur d'électricité depuis un satellite, il faut disposer à bord d'importantes quantités de matière susceptible d'être ionisée et cela n'existe pas dans l'environnement naturel, proche du soleil. Un approvisionnement à l'aide de vaisseaux 15 spatiaux ne serait pas envisageable pour des raisons évidentes de rentabilité. Or il existe, mentionnée dans un document officiel, une méthode dite "Méthode du circuit aller et retour" pour assurer cet approvisionnement de façon rentable, à partir du moment où l'homme sera capable de maintenir durablement un filament de plasma conducteur d'électricité dans l'espace. Ce qui n'était pas le cas jusqu'à présent et devrait le devenir 20 grâce au dispositif selon la présente invention. La deuxième raison était pratiquement aussi dissuasive que la première. Avant la présente invention, on pouvait imaginer un satellite en orbite plus ou moins rapprochée du soleil pour intercepter le rayonnement très concentré de l'étoile à l'aide de vastes panneaux solaires. On pouvait imaginer convertir ce rayonnement en 25 électricité à l'aide de convertisseurs thermoïoniques qui ont la particularité de très bien fonctionner à haute température. Plus celle-ci est élevée, meilleur est leur rendement. Mais jusqu'à présent, ce système n'était pas rentable parce que les exigences aux quelles serait soumis le laser seraient telles que son rendement de transfert énergétique serait largement inférieur à 1%.

30 Le dispositif selon l'invention permet de changer totalement la donne en créant la possibilité d'obtenir durablement un filament de plasma conducteur d'électricité à travers le vide spatial. Selon cette nouvelle donne, il serait possible de répartir la production d'électricité obtenue à bord du satellite en orbite rapprochée du soleil sur deux modules 35 indépendants. L'un dit module de maintenance serait consacré uniquement à l'alimentation électrique des deux lasers et des organes de maintenance (navigation etc) 2906674 14 à bord du satellite. L'autre module dit module de production enverrait des décharges électriques directement dans le filament de plasma conducteur d'électricité, sans passer par les lasers. Cette quantité d'énergie ainsi court-circuitée serait conduite vers sa destination sans pertes ni dispersion, aussi sûrement qu'à travers un câble électrique 5 avec un avantage appréciable : il n'y aurait plus les pertes de charges dues au métal. En principe le rendement du transfert de l'énergie qui ne passerait pas par les lasers devrait être proche de 100%. Selon les proportions du module de production par rapport au module de maintenance, il serait possible d'envoyer vers une destination quelconque des quantités 10 d'énergie sous forme d'électricité, bien supérieures à celles consacrées à l'alimentation des deux lasers. On pourrait ainsi obtenir des rendements de transfert d'énergie, globalement, nettement supérieurs aux 100% de celle qui serait consacrée à l'alimentation des lasers. Une remarque s'impose toute fois. II serait illusoire d'envisager un long filament 15 de plasma conducteur d'électricité reliant un satellite en orbite plus ou moins rapprochée du soleil et, la terre ou un satellite géostationnaire servant de relais. Pour atteindre l'énergie requise pour la mise en oeuvre des lasers de haute puissance que nécessite un tel projet, il faut s'astreindre à produire des impulsions laser de très brève durée, incomparablement plus courtes que les huit minutes nécessaires pour que la lumière du 20 soleil parvienne jusqu'à nous. Soit ! Acceptons. Ce n'est pas une raison suffisante pour que l'humanité renonce à exploiter directement le rayonnement solaire prés de sa source avant qu'elle se disperse dans l'espace. Dans un avenir plus ou moins éloigné, on peut imaginer le scénario suivant : En reprenant le schéma décrit plus haut, le module de maintenance alimente le 25 laser central (2) et le laser périphérique (1) à bord du satellite en orbite à proximité du soleil. Le laser central (2) délivre de brèves impulsions répétées dans la masse gazeuse arrivée à bord par la méthode dite "Méthode du circuit aller et retour" citée plus haut et fournit le plasma conducteur d'électricité, dont la cohérence est maintenue par l'action du laser périphérique (1). Premier résultat : il s'en suit des séries de traits espacés expédiés 30 dans l'espace et ils sont tous vecteurs de plasma conducteur d'électricité. C'est à ce moment qu'intervient le module de production en délivrant de puissantes décharges d'électricité, directement dans chacun des traits espacés vecteurs de plasma conducteur, sans passer par aucun des lasers de bord. On obtiendrait ainsi des séries de traits espacés contenant de fortes charges d'électricité. Ces traits se 35 comporteraient comme autant de javelots successifs chargés d'énergie électrique. Quand ces traits chargés d'électricités seraient émis dans une direction donnée, ils 2906674 15 poursuivraient leur course dans l'espace en direction de leur cible, même après s'être détachés de leur station d'origine et avoir rompu tout lien physique avec elle. En simplifiant à l'extrême, il suffirait à terme de récolter l'énergie électrique contenue dans les traits en provenance du satellite circumsolaire une fois que ceux-ci 5 seraient parvenus à une station de réception au sol, pour alimenter les réseaux à usage industriels et domestiques. L'énergie contenue dans ces traits successifs ne serait guère plus polluante que les éclairs qui bombardent quotidiennement la terre.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1) Dispositif dit laser périphérique (1), dont l'action combinée avec celle d'un laser dit laser central (2) délivrant une intensité suffisante pour obtenir un plasma relativiste, a pour effet de maintenir durablement et prolonger le filament de plasma conducteur d'électricité même quand le rayon (8) émis par le laser central (2) débouche dans le vide, caractérisé par un laser périphérique (1), comportant en son centre un tube central (3) rectiligne et creux au travers du quel passe le rayon autofocalisé (8) vecteur d'un plasma relativiste en provenance d'un laser central (2) situé hors du laser périphérique (1), le tube central (3) traversant en leur centre respectif le miroir réflecteur (4) et le miroir de transmission (5) du laser périphérique (1), ces deux miroirs (4 et 5) présentant une forme en couronnes ou en anneaux, le tube central (3) ayant la face intérieure constituée d'un matériau réfléchissant.

2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par une structure rigide dite structure d'assemblage (10) unissant étroitement le laser périphérique (1) au laser central (2) en vue de leur action combinée, de façon à ce qu'ils forment un ensemble compacte de telle manière que le laser central (2) situé en amont soit dans le même alignement que le tube central (3) et que le rayon produit par le laser central (2) traverse d'une extrémité à l'autre et au-delà, le dit tube central (3).

3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'un organe de synchronisation coordonne les émissions du laser périphérique (1) avec les émissions du laser central (2) de façon qu'elles se produisent en même temps.

4) Dispositif selon les revendications précédentes caractérisé par une chambre d'autofocalisation (11) isolée du vide, contenant un jet de gaz ou une masse gazeuse que le rayon produit par le laser central (2), doté d'une intensité suffisante pour dissocier les électrons des noyaux atomiques contenus dans la masse gazeuse, traverse avant de pénétrer dans le tube central (3) en entraînant les particules dissociées.

5) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le laser périphérique (1) produit une pression d'onde supérieure à celle que produit le laser central (2).

6) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le laser périphérique (1) et le laser central (2) sont tous deux activés à partir du vide, à bord d'un satellite.

7) Dispositif expérimental selon l'une quelconque ou plusieurs des revendications de 1 à 5, caractérisé en ce que le laser périphérique (1) et le laser central (2) sont tous deux installés au sol, dans une enceinte sous vide et que l'éclairement du laser central (2) peut être, soit du même ordre, soit de valeur inférieure au seuil nécessaire pour produire un 2906674 17 effet d'autofocalisation, à condition d'être d'une intensité suffisante pour dissocier les électrons des protons.