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Donna Strickland parle d’éducation, de recherche et de projets actuels

Cette entrevuede style magazine a été réalisée au printemps 2022 par Denisa Popa, historienne collaboratrice de Moments Déterminants Canada. L’entrevue a été divisée en trois sections thématiques : Le prix Nobel, l’éducation scientifique et la recherche scientifique.

Donna Strickland est une physicienne canadienne, professeur à l’université de Waterloo, et lauréate du prix Nobel de physique, originaire de Guelph, en Ontario. Elle a obtenu un doctorat en optique de l’université de Rochester et un baccalauréat en ingénierie de l’université McMaster. Depuis l’obtention de son doctorat en 1989, elle a travaillé à l’Université de Princeton et à l’Université de Waterloo.

Denisa Popa est doctorante à l’Institute for the History and Philosophy of Science and Technology (IHPST) de l’Université de Toronto. Sa recherche doctorale porte sur l’histoire médicale canadienne. Elle est titulaire d’une maîtrise de l’IHPST et d’un baccalauréat spécialisé en génétique moléculaire et en microbiologie, également de l’Université de Toronto. Denisa fait partie de l’équipe de Moments Déterminants Canada en tant qu’historienne collaboratrice pour les projets Herzberg50 et NobelCanadien.

Le Prix Nobel

Denisa Popa (DP) – En octobre, cela fera quatre ans que votre prix Nobel a été annoncé. Comment votre vie a-t-elle changé au cours de ces cinq dernières années ? Quel a été le moment le plus mémorable ?

Donna Strickland (DS) – Ma vie a beaucoup changé à certains égards, et pas du tout à d’autres. Je reçois beaucoup d’invitations à prendre la parole – plus que je ne peux en accepter. Je voyage beaucoup plus que je ne l’ai jamais fait. J’ai vécu des expériences incroyables où j’ai rencontré des rock stars, des astronautes et d’autres personnes remarquables qui font un travail très important. Je n’en reviens toujours pas d’avoir participé à un événement avec des personnes qui ont marché sur la lune. Au banquet du prix Nobel, j’avais un roi à ma gauche et un prince à ma droite. Mais j’ai toujours un laboratoire où je mène mes recherches, et je continue à enseigner et à superviser des étudiants diplômés. Je suis heureuse que tout cela n’ait pas changé.

DP – Lorsque vous réfléchissez au fait de devenir lauréate du prix Nobel, comment vous l’expliquez vous ? À votre avis, que signifie votre prix Nobel pour la science canadienne ?

DS – Je suis encore un peu surprise. Au fil des ans, des collègues m’ont demandé si je pensais que la CPA (Amplification par dérive de fréquence) remporterait un prix Nobel, mais je n’ai jamais pensé que je le ferais. L’un des moments les plus surréalistes de ma vie est celui où j’ai signé le registre de la Fondation Nobel. Avant de vous faire signer, ils vous montrent les signatures dans le registre. Pour moi, ils ont commencé par Albert Einstein, puis Marie Curie. Tous les noms du registre ne sont pas aussi célèbres que les premiers noms qu’on m’a montrés, mais je n’arrivais tout simplement pas à croire que je signais le même livre que ces scientifiques légendaires. Le prix Nobel apporte une reconnaissance mondiale à la valeur de la science et lorsqu’un Canadien est lauréat, cela confirme que le travail effectué par nos scientifiques est exceptionnel et qu’il a apporté un changement significatif à la société. Tous les Canadiens peuvent être fiers de cet accomplissement, car ensemble, en tant que société, nous soutenons la science réalisée dans notre pays. Je sais que je suis toujours très fière lorsque j’apprends qu’un compatriote canadien a remporté un prix Nobel.

DP – Comment votre plateforme a-t-elle changé depuis que vous avez remporté le prix Nobel ? Les gens cherchent-ils davantage à connaître votre opinion ?

DS -Oh oui, cela a beaucoup changé. On me demande de siéger dans des conseils d’administration d’entreprises et d’institutions scientifiques.  J’ai participé à des panels de discussion lors de conférences sur des sujets aussi variés que la recherche océanique, les voyages vers Mars ou la politique scientifique.  La participation à ces panels m’a permis d’interagir avec des personnes exceptionnelles, c’est pourquoi j’accepte le défi, mais je précise toujours à l’hôte que je suis une experte uniquement en physique des lasers à haute intensité.

DP -Le prix Nobel est-il la récompense dont vous êtes le plus fière, ou la plus importante pour vous, ou s’agit-il d’un autre prix ?

DS-Oui. C’est le summum en matière de science. J’ai également été particulièrement ravie d’être nommée compagnon de l’Ordre du Canada en 2019.

DP – Cette entrevue fait partie d’un projet plus vaste intitulé NobelCanadien, qui vise à commémorer et à enseigner aux élèves les prix Nobel remportés par des lauréats canadiens. Selon vous, que voudriez vous que les élèves sachent sur le prix Nobel ?

DS – Le prix Nobel a été le premier prix mondial pour la science. Alfred Nobel a insisté pour que le prix soit décerné au scientifique qui avait le plus contribué à aider l’humanité au cours de l’année précédente.  Ces deux considérations ont fait de ce prix le prix ultime de la science et la raison pour laquelle les Canadiens prêtent attention lorsqu’un Canadien remporte un prix Nobel.  

DP- Parmi les nombreux chercheurs canadiens qui, au cours de l’histoire, ont étudié et contribué à l’innovation scientifique, qui, selon vous, méritait également le prix Nobel ?

DS -Paul Corkum est un scientifique du Conseil national de recherches du Canada où j’ai travaillé avec lui en tant que boursière post-doctorale.  Il est maintenant professeur de physique à l’Université d’Ottawa. En fait, travailler avec lui était un de mes objectifs. Être sa boursière postdoctorale était le seul emploi que je voulais après avoir terminé mon doctorat, et j’ai eu la chance de l’obtenir. À l’époque déjà, il était considéré comme le principal expert canadien en optique ultrarapide. Plus tard, il a travaillé au développement de la science de l’attoseconde. L’échelle de temps de l’attoseconde est suffisamment courte pour mesurer le mouvement des électrons dans les atomes et les molécules. Elles nous aident à faire des films sur le mouvement atomique.

Éducation scientifique

DP – Comment s’est déroulée votre propre expérience éducative dans les matières STIM en grandissant ? Pensez-vous que votre éducation scientifique vous a donné les outils nécessaires pour poursuivre votre incroyable carrière ? S’il y a une chose que vous pourriez dire à votre enfant au collège ou au lycée concernant votre parcours dans l’enseignement des sciences, quelle serait-elle ?

DS – J’aimais beaucoup la physique et la chimie. Je n’aimais pas disséquer une grenouille ou un poisson, et j’étais donc bien certaine de ne pas me destiner à la médecine.  Je pense que j’ai également eu la chance que mon professeur de mathématiques au secondaire ait eu des contacts avec le département de mathématiques de l’Université de Waterloo, ce qui nous a permis de commencer à étudier l’informatique au secondaire, même dans les années 70. Mon professeur principal à cette époque était également mon professeur de physique de 13e année.  J’avais l’impression de le connaître assez bien lorsqu’il m’enseignait la physique et je suppose qu’il me connaissait suffisamment pour me pousser à m’améliorer.  Il pensait que j’étais un peu fainéante, ce que je pouvais être par moments. J’avais aussi une merveilleuse professeure de chimie. Elle nous montrait toujours des expériences cool avec du matériel qu’elle pouvait emprunter à l’université de Guelph. J’ai vraiment reçu l’éducation de qualité dont j’avais besoin pour réussir à l’université. 
La vie s’est bien déroulée pour moi, et j’ai toujours pensé qu’elle se déroulerait bien, alors je n’ai rien à dire à mon jeune moi.

DP- Dans votre autobiographie sur le site Web du Prix Nobel, vous parlez de votre enfance et de votre fréquentation de l’école primaire et secondaire dans les années 1970. Pouvez-vous nous en dire plus à ce sujet et nous expliquer comment cette époque et votre environnement ont influencé votre scolarité et votre carrière scientifique au Canada ?

DS – C’était l’époque de la libération des femmes et d’Helen Reddy qui chantait « I am woman, hear me roar ».  Je croyais qu’une femme pouvait faire tout ce qu’elle voulait et je n’ai laissé personne me dire le contraire.  J’avais aussi une mère qui me disait d’être ce que je voulais être.  Je suis allée dans un école secondaire où l’on ne faisait pas grand cas des filles qui réussissaient en mathématiques et en sciences.  À la remise des diplômes de mon école secondaire, les trois prix de mathématiques ont été décernés à des filles.  J’ai gagné le prix de physique de 11e année.  Une de mes amies a remporté le prix de physique de 13e année. J’ai toujours été bonne en maths et en sciences à l’école, mais j’étais aussi très timide.  Je me souviens que je redoutais de devoir aller devant l’école pour recevoir mon prix de physique.  Je pensais que les gens allaient penser que j’étais un nerd. Mais ils étaient gentils et je me souviens qu’ils m’ont félicité et m’ont dit que ça devait être bien d’être aussi intelligent. Mes deux parents m’ont beaucoup soutenu. Ils adoraient les sciences. Nos vacances en famille étaient des occasions d’apprendre. Ma mère pense que c’est mon père qui m’a montré le premier laser. Nous étions au Centre des sciences de l’Ontario et ils en avaient un. D’après ma mère, mon père m’a demandé de venir le voir parce qu’il pensait que c’était la voie de l’avenir.

DP- Selon vous, quel est un aspect essentiel de l’enseignement des sciences qui peut être négligé ?

DS – La science est une affaire de découverte, ce qui signifie que les scientifiques posent toujours des questions sur la façon dont tout fonctionne, de l’univers entier aux plus petites particules, en passant par toutes les choses complexes. Lorsque nous enseignons la science, de l’école primaire aux cours de premier cycle universitaire, nous enseignons aux élèves la science qui a déjà été découverte et nous leur demandons d’apprendre cette science. Nous les testons sur ce qu’ils savent. Nous ne leur demandons pas de se demander comment tout fonctionne et nous ne les testons pas sur la façon de poser de bonnes questions. Ainsi, nous ne préparons pas vraiment les étudiants en sciences à devenir des scientifiques avant la fin de leurs études. Nous devrions aborder le mystère de la science, discuter plus souvent de ce que nous ne savons pas et amener les étudiants à réfléchir aux questions à poser.

DP – Comment pensez-vous que nous pouvons encourager davantage de jeunes femmes à envisager une carrière dans les STIM ? En tant que parent/enseignant, que pensez-vous que les parents et les enseignants peuvent faire ?

DS – Je voudrais que les élèves et leurs parents sachent que c’est le moment pour eux de découvrir ce qu’ils aiment et ce pour quoi ils sont doués. Tout le monde n’est pas fait pour être un scientifique et c’est normal. Mais si c’est ce que vous aimez, vous ferez du bon travail. Si vous vous connaissez vraiment et que vous sentez que la science est votre domaine, personne ne peut vous en priver. Je me souviens d’un professeur d’histoire qui me disait que les mathématiques et la physique étaient des matières pour les garçons. Je pensais simplement qu’elle avait tort et que c’était une chose stupide à me dire. Je savais que j’étais une fille qui réussissait très bien en maths et en sciences, donc pour moi, c’était évidemment des matières pour les filles aussi. Les parents et les enseignants doivent encourager les élèves à découvrir les sujets qui les intéressent le plus, puis à les encourager à les explorer.

DP – Pouvez-vous parler de l’importance du mentorat pour les jeunes scientifiques ? Avez-vous eu un mentor pendant vos études de premier et deuxième cycles ?

DS – En grandissant, je n’ai pas beaucoup pensé aux mentors.  Je suppose que mes parents ont été mes mentors.  Ils m’ont tous deux encouragé.  Mon père était ingénieur et ma mère était enseignante.

J’ai eu la chance d’étudier sous la direction de scientifiques extraordinaires.   Au cours de mes études supérieures, Gérard Mourou était mon mentor. Il était mon superviseur. J’ai beaucoup appris de lui et nous avons développé ensemble la CPA, qui a fini par remporter le prix Nobel.  J’ai ensuite été amené à travailler avec Paul Corkum, qui était également un scientifique extraordinaire, mais qui avait une approche différente de la recherche.  Gérard proposait toujours de nouvelles idées et demandait à ses étudiants de les tester.  À l’époque, Paul n’avait qu’un seul post-doctorant pour l’aider dans le laboratoire, de sorte qu’il examinait soigneusement ses idées sous différents angles avant de les essayer en laboratoire.

DP- Le Dr Gerhard Herzberg, physicien germano-canadien qui a remporté le prix Nobel de chimie en 1971, a souvent parlé de l’importance d’une éducation interdisciplinaire. Il a également expliqué comment son éducation interdisciplinaire précoce (à la fois en sciences humaines et en sciences) l’a aidé à développer ses compétences en matière de rédaction et de communication scientifiques. Que pensez-vous d’une éducation interdisciplinaire à la fois en sciences et en sciences humaines ? Avez-vous également reçu une éducation interdisciplinaire ?

DS – Je pense qu’il est important d’avoir une éducation bien équilibrée. Les scientifiques doivent bien communiquer. Peut-être que plus de gens apprécieraient l’importance de la science si les scientifiques parvenaient mieux à communiquer non seulement leurs réalisations, mais aussi les grands défis auxquels nous sommes confrontés en tant que société, comme le changement climatique.  Pour en revenir à l’une de vos questions précédentes, je dirais à mon jeune moi de travailler plus dur en langue pour que j’aime écrire plus que je ne le fais.  L’écriture est une partie très importante du travail d’un scientifique.

DP- Un autre sujet abordé par Herzberg est la promotion de la culture scientifique auprès du grand public. À la lumière de la pandémie actuelle de COVID-19, il semble que nous en apprenions tous davantage sur la microbiologie et l’immunologie. Quel est votre point de vue sur la culture scientifique et la communication scientifique ? Comment pouvons-nous rendre la science plus accessible à tous et éviter la désinformation ou la mauvaise interprétation de la recherche et des concepts scientifiques ?

DS – La littératie scientifique est une chose sur laquelle j’espère avoir un impact positif.  J’aimerais que le Canada ait davantage de programmes visant à réunir des scientifiques et d’excellents communicateurs.  Les projets devraient porter sur la combinaison de la science et de la musique ou de la science et de l’art.  J’ai vu une merveilleuse exposition d’art sur la beauté des mathématiques intitulée Mathemalchemy, alors qu’elle était présentée à la National Academy of Sciences des États-Unis. L’intérêt de combiner la science et les arts est de faire découvrir la beauté et l’émerveillement de la science à des personnes qui n’y pensent pas habituellement.  J’aimerais également que les universités mettent en place davantage de programmes d’initiation à la science, dans le cadre desquels nous réunissons les scientifiques, les ingénieurs et les mathématiciens avec nos collègues du campus qui étudient la psychologie, les sciences sociales et la communication.  Nous devons comprendre pourquoi notre société pense encore qu’il est normal de dire « Oh, les mathématiques, c’est trop dur pour moi », alors qu’elle ne dirait probablement jamais « la lecture est trop dure pour moi ».  Nous n’avons pas besoin que tout le monde soit un scientifique, tout comme nous n’avons pas besoin que tout le monde soit un auteur, mais nous avons besoin que tout le monde comprenne la démarche scientifique ainsi que des concepts comme les probabilités.  Grâce à cette compréhension, ils pourront mieux comprendre la raison pour laquelle la communauté de la santé publique veut que nous soyons vaccinés et les mesures que nous devons prendre pour aider notre environnement à rester habitable.    

Recherche Scientifique 

DP – Par rapport à la découverte qui vous a valu le prix Nobel – l’amplification par dérive de fréquence – qu’est-ce qui vous a attiré vers ce sujet et votre travail sur ce sujet particulier est-il terminé ? Votre succès dans cette découverte a-t-il influencé les sujets de recherche que vous avez poursuivis par la suite ?

DS – Je suis allé à l’Université McMaster pour mon premier cycle en génie physique parce qu’une partie de ce programme portait sur les lasers. J’ai simplement pensé qu’étudier les lasers serait amusant. Je ne sais pas pourquoi j’ai pensé que les lasers seraient amusants, mais bien sûr, on n’en voyait pas à l’époque. On les voyait surtout dans les laboratoires scientifiques ou dans les films de science-fiction. Mon directeur de thèse, Gérard Mourou, m’a demandé si j’étais intéressé par l’étude de la génération d’harmoniques d’ordre élevé, un processus qui transforme la couleur de la lumière dans l’ultraviolet et au-delà, vers les rayons X. À l’époque, nous avions des lasers qui fonctionnaient dans la région visible, c’est-à-dire les couleurs que nous voyons avec nos yeux, et nous avions aussi des lasers qui fonctionnaient dans l’infrarouge. La question était de savoir comment obtenir le même type de lumière, que nous appelons cohérente, et qui permet à la lumière laser de se déplacer dans un faisceau étroit et d’être très intense jusqu’aux rayons X. Le projet m’intriguait, je suppose, simplement parce qu’il n’avait jamais été réalisé auparavant. Pour que notre projet fonctionne, nous avions besoin d’un faisceau laser très intense et il n’y avait aucun laser qui pouvait fonctionner pour ce projet. C’est pourquoi j’ai été l’étudiant du groupe de Gérard qui a pu travailler sur ce projet. J’étais le seul étudiant du groupe à utiliser des lasers à impulsions courtes pour augmenter l’intensité. Les autres essayaient de rendre les impulsions plus courtes pour permettre une imagerie plus rapide des processus rapides.

Je continue à développer de nouveaux types d’amplificateurs laser à impulsions courtes.  Je travaille actuellement à la mise au point d’un amplificateur laser à fibre à impulsions courtes bicolores, dont les impulsions n’auront pas une puissance de crête aussi élevée que celle des plus grands lasers du monde, mais qui émet beaucoup plus d’impulsions par seconde, ce qui permet d’effectuer davantage de mesures en un temps plus court.

DP – Quels sont les projets sur lesquels vous travaillez actuellement ? L’orientation de votre travail a-t-elle changé depuis que vous avez remporté le prix ? Votre laboratoire s’est-il agrandi ou a-t-il changé d’une manière ou d’une autre ?

DS – Je travaille toujours à la création d’impulsions courtes et intenses.  Maintenant, au lieu d’aller vers les rayons X, mon groupe travaille à aller plus loin dans l’infrarouge.  J’ai également commencé à travailler sur un projet avec Toshiki Tajima, l’inventeur de l’accélération laser de Wakefield.  Nos deux groupes collaborent pour mettre au point un accélérateur d’électrons à fibre laser destiné à des applications médicales pour l’ablation de petites tumeurs. 

Je n’ai pas l’occasion de travailler dans mon laboratoire aussi souvent qu’avant car je suis tout le temps en déplacement, sauf lorsque je travaillais depuis ma salle à manger et que je n’étais pas autorisé à entrer dans le laboratoire en raison de la pandémie.  J’ai un groupe un peu plus important maintenant, mais je ne veux pas d’un groupe trop important à gérer.  Je parle principalement à mon groupe en utilisant des réunions en ligne.

DP- En commémoration du prix Nobel du Dr Herzberg, l’une des ressources que Définir l’instant Canada a mises en place était une courte vidéo expliquant les bases de la spectroscopie. En un ou deux paragraphes, pourriez-vous expliquer les éléments fondamentaux de votre recherche Nobel à un public qui découvre votre histoire et votre travail scientifique ?

DS -L’intensité lumineuse est la puissance par unité de surface et la puissance est l’énergie divisée par la durée de l’impulsion lumineuse.  À l’époque, nous avions des lasers capables de générer des impulsions à haute énergie et des lasers capables de générer des impulsions très courtes.  Lorsque les scientifiques ont essayé d’amplifier les impulsions courtes dans les amplificateurs à haute énergie, ils ont détruit les tiges laser.  Certains scientifiques ont dû chercher à savoir quelle interaction optique était à l’origine de ces dommages, et les scientifiques spécialistes des lasers ont tout simplement cessé d’essayer d’amplifier directement les impulsions courtes.  Mon superviseur, Gérard Mourou, a réalisé que nous devions trouver un moyen d’étirer les impulsions courtes avant de les amplifier, puis de les comprimer pour qu’elles redeviennent courtes après l’amplification.  Une fois que nous avons eu cette approche de l’amplification laser à impulsions courtes, connue sous le nom d’amplification à impulsions chirpées, nous avions un outil, que j’aime appeler un marteau laser.  C’est ce marteau laser qui a endommagé les tiges laser lorsque les scientifiques ont essayé d’amplifier les impulsions courtes. 

Le CPA permet d’obtenir les impulsions laser les plus intenses jamais créées. Il permet des coupes précises et nettes, idéales pour les matériaux transparents, comme la découpe de la cornée dans le cadre d’une chirurgie oculaire corrective ou l’usinage de petites pièces en verre. Les chirurgiens enlèvent le cristallin du patient lors d’une opération de la cataracte avec un laser CPA. Les scientifiques utilisent les lasers CPA les plus puissants pour accélérer les particules afin d’atteindre un jour les tumeurs des tissus profonds, comme le cancer du cerveau inopérable. C’est cette possibilité passionnante qui pousse les pays du monde entier à investir dans le développement des lasers les plus intenses.