Le professeur Éric Collet, prix Louis Ancel de la Société française de physique

Contrôler les matériaux par la lumière et observer les modifications ultrarapides des molécules à l'échelle de la femtoseconde (millionième de milliardième de seconde) : c'est la spécialité d'Éric Collet, professeur à l'Université de Rennes 1. Le prix Louis Ancel qu'il reçoit en 2018 distingue chaque année depuis 1922 un physicien de talent.

Éric Collet derrière un diffractomètre à rayons X - © CNRS/Kaksonen
  1. Modifier les propriétés des matériaux par la lumière, voir bouger les atomes
  2. Une équipe rennaise incontournable
  3. Enseignement

Modifier les propriétés des matériaux par la lumière, voir bouger les atomes

À l'Institut de physique de Rennes (CNRS/Université de Rennes 1) où il conduit ses recherches, et en utilisant de très puissants instruments scientifiques à rayons X (synchrotron ESRF à Grenoble, laser LCLS à Stanford et synchrotron APS aux États-Unis), Éric Collet étudie les liens entre structure  moléculaire et fonction de matériaux.

L'une de ses approches, dite technique de "pompe-sonde", se déroule en deux temps. Dans un premier temps, un flash laser ultracourt de "pompe" excite des molécules à l'échelle de la femtoseconde (fs, soit 10-15 seconde). En capturant un photon émis par ce laser, les molécules du matériau changent de conformation, activant ou inhibant ses propriétés magnétiques par exemple.

Dans un second temps, une impulsion de rayons X permet de photographier la position des atomes au sein de la molécule. En renouvelant l'expérience un grand nombre de fois, il est possible de filmer la transformation du matériau pour voir littéralement se transformer les molécules, aux échelles de temps (100 fs) et d'espace des atomes (1 angström, soit 1 dix-milliardième de mètre). L'équipe d'Éric Collet a même pu mettre en évidence des effets d'avalanche ou un photon peut transformer plusieurs molécules du matériau.
 

[Modélisation] Au début de cette vidéo réalisée dans l'équipe d'Éric Collet, un matériau non magnétique est représenté en bleu. Un flash laser à rayons X excite certaines molécules de ce matériau (qui passent en jaune), puis celles-ci se transforment de manière coopérative et ultrarapide vers l'état magnétique (rouge). Le tout se déroule en quelques femtosecondes.

Cependant, il est encore nécessaire de faire cristalliser les objets que l'on souhaite observer par cette méthode, car leur structure n'est pas directement observable : les chercheurs utilisent la cristallographie pour reconstituer l'image 3D de cette structure, à partir de la figure que dessinent les atomes lorsqu'un rayon X les traverse. C'est d'ailleurs la même méthode qui a permis de découvrir la structure de l'ADN.

Éric Collet recevant le prix Louis Ancel de la Société française de physique - © SFP

 

Une équipe rennaise incontournable

Dans sa présentation de l'enseignant-chercheur, la Société française de physique écrit :

"Eric Collet fait donc partie des chercheurs pionniers à l’origine du domaine des transformations induites par la lumière dans les matériaux moléculaires et de la dynamique structurale ultra-rapide. Il est un acteur incontournable de ce nouveau champ scientifique en plein essor sur le plan international. En choisissant de combiner des expertises complémentaires, aussi bien sur le plan des techniques optiques ultra-rapides que des approches structurales avancées en particulier sur grand instrument (ESRF et X-FEL à Stanford), Eric Collet a su mettre en oeuvre une approche très originale conférant à l’équipe de recherche qu’il a créée un positionnement incontournable sur le plan des transformations ultrarapides dans les matériaux moléculaires photo-commutables."

Ces travaux lourds et complexes nécessitent un travail d'équipe. L'activité transitions de phase photoinduites, initiée par Eric Collet et Hervé Cailleau à Rennes utilise ainsi la spectroscopie optique femtoseconde développée à l'IPR par Maciej Lorenc, ainsi que les expériences sur lasers à électrons libres (X-FEL) développées par Marco Cammarata. Le département matériaux et lumière de l'Institut de Physique de Rennes bénéficie ainsi d'une reconnaissance internationale sur la transformation de matériaux par la lumière.

À Rennes, Éric Collet est également porteur du laboratoire commun international IM-LED, qui associe des partenaires français et, au Japon, les universités de Tokyo, Tohoku et Kyoto, ainsi que le Tokyo Institute of Technology.

Le prix Louis-Ancel de la SFP a récompensé les plus grands physiciens français, tels Bernard Lyot, inventeur du coronographe qui permet d'observer les protubérances solaires, Jean Meinnel, physicien rennais ou Pierre-Gilles de Gennes, prix Nobel de physique en 1991.

Enseignement

Eric Collet enseigne à l'Université de Rennes 1 en licence et en master de physique, ainsi que dans le cadre du master international MAMASELF, labellisé Erasmus Mundus.

Ses cours de physique statistique, de thermodynamique, de cristallographie et de diffusion/diffraction des rayons X font le lien entre le monde microscopique et notre monde macroscopique.