Le laser : histoire d’un rayon

Vous êtes ici

Accueil > Dossiers > Sciences fondamentales > Physique

Date : 21 juillet 2010

Quelques exemples d’utilisation des lasers

Depuis les années 1960, un très grand nombre de lasers ont été mis au point : il en existe actuellement plus d’une centaine de modèles qui diffèrent par leur milieu actif, la méthode de pompage, la puissance… A cette grande variété correspondent de très nombreuses applications. Parfois, on cherche une puissance importante, d’autres fois une très grande directivité ou une bonne monochromaticité, etc. Le choix du laser dépend de l’usage auquel il est destiné.

Télémétrie et vélocimétrie

On trouve dans les magasins de bricolage de petits lasers qui permettent de mesurer les distances. A une autre échelle, la télémétrie laser est employée pour mesurer précisément la distance Terre-Lune grâce à des miroirs placés sur la Lune lors des missions Apollo. La mesure du temps d’aller retour de la lumière permet de déterminer la distance avec une très faible incertitude (3 mm en 1999). Cette mesure est en fait beaucoup plus difficile qu’elle ne paraît. En effet, ce n’est qu’une très petite fraction des photons émis qui retourne vers le détecteur au sol : de l’ordre de 1 sur 1021 seulement. De plus, il faut les détecter au milieu d’un bruit de fond considérable.

Dans certaines applications, le laser est employé comme radar : on obtient un lidar. Selon ses variantes, un lidar permet de mesurer la vitesse des voitures sur les routes, d’analyser la composition de l’air en polluants… ou de déclencher la foudre. Dans ce dernier cas, il s’agit d’un laser extrêmement puissant (1012 W) émettant des impulsions très brèves (10-13 s) : le faisceau ionise l’air suffisamment sur son passage pour déclencher la foudre. On obtient ainsi un paratonnerre optique.

Lecteurs CD-DVD
La lecture d’un CD ou d’un DVD passe par l’emploi d’un laser. En effet, le codage binaire, quelque peu similaire au code morse, qui permet de transcrire une information à l’aide de deux signes (point-trait), deux valeurs (0-1), deux états (on-off)… se traduit dans les supports
CD-DVD par des zones qui renvoient ou non la lumière issue d’un laser. Dans les versions réinscriptibles de ces supports, c’est encore grâce à un laser qu’une zone peut à volonté être rendue réfléchissante ou non réfléchissante… Par ailleurs, en raison de la longueur d’onde plus courte de la lumière bleue, l’emploi d’un laser de cette couleur permet d’inscrire davantage d’informations par rapport à un laser rouge. Les lasers bleus sont en cours de commercialisation.

Le laser en médecine et en biologie
On emploie les lasers en ophtalmologie, notamment pour recoller par photo coagulation les rétines décollées. Le laser permet aussi dans certains cas de détruire des tumeurs. On peut également employer des faisceaux laser comme pinces et ciseaux optiques permettant de manipuler des chromosomes par exemple.

Le laser et l’usinage
L’industrie automobile et l’industrie textile font un grand usage des lasers pour la découpe. A titre d’exemple, avec un laser CO2 de 800 W, il est possible de découper une tôle de 1 mm d’épaisseur à la vitesse de 5 m à la minute.

La fusion thermonucléaire
Une des voies vers la fusion thermonucléaire contrôlée passe par l’usage de lasers ultra puissants, comme le laser Mégajoule en développement à Bordeaux : 240 faisceaux laser ultraviolets déposeront 2.106 joules en 10-12 seconde dans un volume de quelques millimètres cubes enfermant le mélange fusible deutérium-tritium. Ce laser devrait être opérationnel en 2010.

Atomes ultra-froids
En 1997, Claude Cohen-Tannoudji s’est vu décerner le prix Nobel de physique pour ses travaux relatifs au refroidissement des atomes, travaux grâce auxquels il a su refroidir des atomes aux environs de un millionième de Kelvin seulement au-dessus du zéro absolu ! Le ralentissement jusqu’à la quasi immobilisation des atomes est obtenu grâce à la pression (de radiation) de plusieurs faisceaux lasers.

Le laser en chimie
Grâce à des impulsions ultra brèves délivrées par certains lasers, dits « femtosecondes », il est possible de suivre à l’échelle atomique et moléculaire le déroulement d’une réaction chimique. Pour ses travaux en femtochimie, Ahmed Zewail a reçu le prix Nobel de chimie en 1999.

Lasers naturels
Au cours des années 1960 les physiciens découvrent dans certains nuages denses interstellaires des émissions si intenses qu’elles ne pouvaient résulter que d’une amplification par émission stimulée. Il s’agissait de rayonnement micro-ondes, donc de masers. Plus récemment, on a découvert le même phénomène mais dans le domaine optique, dans les atmosphères de Vénus et de Mars : des raies infrarouges de CO2 à 10,4 et 9,4 micromètres. Il est même possible que l’on ait observé un laser cosmique UV à 0,25 micromètre dans l’un des nuages issus de l’explosion de l’étoile η Carinae. Dans ces exemples, il n’y a bien entendu aucun oscillateur ; il s’agit simplement d’une amplification par émission stimulée. Le rôle de « pompe » est souvent joué par le rayonnement d’une étoile voisine.