Le laser dans le spatial

Vous connaissez le laser ?

C’est un dispositif qui amplifie la lumière et la rassemble en un étroit faisceau, où ondes et particules élémentaires de lumière (photons) unissent leurs forces pour se propager ensemble (on dit en phase), au lieu d’être arbitrairement distribués. Cette propriété rend la lumière laser extrêmement directionnelle et d’une grande pureté spectrale : le faisceau constitué est ainsi très énergétique.

Les applications sont nombreuses, en particulier dans le domaine spatial.

C’est ainsi que dès les années 70, on a pu mesurer la distance terre-lune en mesurant le temps de l’aller et retour d’un rayon laser, plus précisément le temps de vol d’une impulsion lumière renvoyée par des réflecteurs déposés sur la lune par les différentes missions Apollo (USA) et Lunakhod (URSS). La précision de la mesure est de l’ordre de 3 cm !

L’amélioration des performances des lasers et l’ensemble des mesures effectuées permettent une analyse de plus en plus précise de l’orbite et des mouvements de la lune. Les applications sont diverses, en astronomie, géophysique et physique fondamentale. Par exemple, la prédiction de la position précise de la lune dans le ciel à chaque instant permet d’affiner les systèmes de référence astronomiques qui sont à la base de l’étude des planètes ou astéroïdes, ainsi que celle des interactions terre-lune et de la dissipation due aux marées.

De nombreux véhicules spatiaux utilisent également des systèmes à base de rayon laser comme la sonde de la NASA « Curiosity » qui se promène actuellement sur Mars et qui analyse la composition des roches : elle vaporise des grains de roches et de poussière par des tirs lasers opérés sur des cibles distantes de 2 à 7 mètres : une brève mais violente impulsion laser produit un minuscule nuage de gaz ionisé qui, observé par une caméra et un spectromètre, révèle les constituants chimiques élémentaires.

Le laser de l’instrument LIRIS (Laser InfraRed Imaging Sensors) a également été utilisé sur l’ATV, le véhicule européen de ravitaillement de la station spatiale internationale (l’ISS), pour faire le portrait en relief de l’ISS, de façon à mieux automatiser les procédures de rendez-vous dans l’espace. Ces dernières années, plusieurs systèmes de communication laser inter satellites ont également été développés, permettant des communications plus efficaces et plus sûres.

Quelles applications pour le spatial demain ?

Le laser pourrait contribuer à réduire les débris autour de la terre ; ces débris sont dangereux car ils peuvent heurter des satellites et les endommager ; on utiliserait donc la télémétrie laser pour les localiser, puis une impulsion laser les ferait changer d’orbite…

Avec les études faites sur le LIRIS, on se prépare aussi à effectuer des rendez-vous avec des cibles que l’on appelle « non coopératives », par exemple des conteneurs d’échantillons en provenance de Mars.

Nul doute que d’autres applications verront sûrement le jour !

Véronique Schweblin