Pour en connaître un rayon sur le laser …
Bien sûr vous avez entendu parler du « laser » ; ses applications sont nombreuses, dans le domaine de la santé, de la métallurgie, de la musique (les lecteurs CD et DVD), les télécommunications, dans les cabinets d’esthétique, etc.
Peut-être vous êtes-vous demandé « mais…, comment ça marche ? », alors, levons le voile, tentons de découvrir ce qui se cache sous ce nom un peu barbare…
Commençons par le commencement, « LASER », qu’est ce que ça veut dire ? C’est tout simplement l’acronyme de l’expression anglaise « Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation » en bon français : amplification de la lumière par émission stimulée de radiation. Je vous l’accorde ça semble complexe, il faut simplement savoir qu’il s’agit d’une émission de lumière cohérente composée d’une seule couleur qu’on appellera monochromatique, (contrairement à la lumière solaire, incohérente, composée de plusieurs couleurs) et directionnelle. Le résultat produit un rayon d’une énergie intense (il peut percer l’acier et même plus…) et très mince (le pointeur laser que vous connaissez tous).
Le principe de ce laser n’est pas nouveau, abordé par le célèbre physicien Albert Einstein dès 1917. Il faut attendre 1960 pour que Theodore Maiman « construise » le premier laser à rubis ; ce n’est ensuite que dans les années 80 que l’on va réussir à les « domestiquer » et en faire des appareils d’utilisation quotidienne.
Vous voulez mieux comprendre ? Rien ne vaut un bon dessin, dans un laser nous aurons donc :
- un milieu amplificateur : des atomes capables d’émettre des photons (les particules élémentaires qui composent la lumière) ;
- un apport d’énergie de l’extérieur : elle va exciter les atomes, les électrons vont alors changer de niveau, puis en revenant à leur état initial ils vont réémettre des photons, cette fois de couleur unique ;
- il faudra maitriser le phénomène d’émission stimulée : la désexcitation peut être stimulée par un photon de même couleur, ce qui fait que le photon créé est le frère jumeau du précédent, même couleur, même direction ;
- une cavité fermée par des miroirs : on établit ainsi un faisceau intense et dans l’axe on met un miroir ayant un peu de transparence qui laisse passer un faisceau très mince de lumière.
Voilà notre système laser prêt !
La couleur du laser dépend du choix du milieu laser, il en existe de toutes les couleurs, bleu, rouge, vert, (ce qui explique la beauté de nos actuels spectacles sons et lumière) voire invisible si les ondes émises sont dans l’infrarouge ou dans l’ultraviolet. En général, le laser ne peut émettre que dans une seule longueur d’onde (donc une couleur unique) mais il existe maintenant des lasers utilisant des cristaux dont on peut faire varier la longueur d’onde.
En ce qui concerne l’intensité d’un laser, une grandeur que l’on définit comme étant la puissance par unité de surface (watts/m²), elle sera on le comprend très grande. Ainsi, si l’on compare aux rayons solaires (0,1 W/cm²), un laser de 20 W focalisé sur quelques µm² produit une intensité de l’ordre du milliard de W/cm², cela donne une idée de la puissance de ces rayonnements, et on développe actuellement des lasers à impulsions très brèves qui génèrent une énergie de plusieurs teraW (1012 = 1 000 000 000 000 !).
La cohérence du laser regroupe les propriétés d’unidirectionnalité et de monophasage, elle est à la fois très concentrée dans le temps et dans l’espace, c’est ce qui explique que l’on va pouvoir l’utiliser pour le transport d’informations (disques optiques, liaisons internet…). De plus, du fait que le faisceau laser est très peu divergent, il va être visible à très grande distance. Cette propriété est utilisée pour le traçage des routes, des tunnels, calculer de très longues distances ou tout simplement … à la maison pour mesurer la distance entre deux murs.
Concernant les applications de cette formidable invention, il y en a de multiples. Dans le domaine de la santé d’abord, c’est sans doute le principal champ d’application de cette technique. Elle est utilisée en chirurgie cosmétique (dermatologie), en chirurgie où on l’utilise comme un scalpel de très grande précision pour ôter des tumeurs cérébrales par exemple, en ophtalmie, dans le traitement du cancer…
Le laser est aussi très présent dans l’industrie. On s’en sert pour percer des matériaux, pour graver, pour guider, pour imprimer, etc. On peut dire que dans certains cas, il a révolutionné l’industrie.
Enfin dans le domaine des loisirs, comme nous l’avons vu, il est utilisé dans les lecteurs DVD et CD, pour les spectacles fastueux (concerts, son et lumière…) et aussi pour réaliser les fameux hologrammes.
Comme vous le voyez, il est impossible de citer tous les domaines dans lesquels le laser est devenu indispensable.
C’est cependant une technique dans laquelle il reste beaucoup à découvrir. Récemment, fin 2018, notre physicien français, Gérard Mourou, a reçu le prix Nobel de physique. Il faisait partie d’une équipe de trois chercheurs dont la découverte a « révolutionné la physique des lasers » selon l’Académie Royale des Sciences de Stockholm. Cette nouvelle technique, appelée « chipped pulse amplification » qui génère des impulsions ultra courtes à très haute puissance, pourrait faire avancer d’une façon notable le traitement des déchets radioactifs, attendons, espérons …
Sources et si vous voulez en savoir plus…
