Il est en permanence sous nos yeux, omniprésent et invisible. Dans nos souris d’ordinateur, lecteurs CD et imprimantes. Aux caisses des magasins où il scanne les codes-barres. Dans les usines, pour souder et découper des matériaux, ou dans les chantiers pour mesurer des distances. Même les centres de médecine esthétique s’en servent pour l’épilation et le peeling. C’est dire à quel point le laser est un appareil éprouvé, voire banal. Qui n’émerveillera plus, demain, que les gosses dans les fêtes foraines et les supporteurs de foot ?
Bien au contraire. Les petits faisceaux lumineux vont continuer à faire parler d'eux. Et pas seulement en 2015, proclamée année de la lumière par les Nations unies. De la recherche scientifique aux phares des voitures, en passant par le traitement des tumeurs, leurs usages vont considérablement s'intensifier. «Le XXIe siècle sera celui du photon [la particule élémentaire matérialisant la lumière, ndlr] et donc celui du laser», prévient Hervé Floch, délégué général du pôle de compétitivité Route des lasers, basé en Gironde. Celui-ci y voit, pas moins, «un gisement d'innovations permettant de redonner ses lettres de noblesse à l'industrie française».
Le laser, acronyme anglais d’«amplification de lumière par émission stimulée de rayonnement», trouve son origine dans les travaux d’Albert Einstein. En 1917, le génial physicien démontre qu’un gaz à l’état stable émet des photons lorsqu’on l’alimente en énergie. Sa théorie ne sera validée par l’expérience qu’en 1960, avec la réalisation par le physicien américain Theodore Maiman d’un laser à rubis, le premier de ces instruments optiques d’un nouveau genre.
Exciter et désexciter les atomes
D’autres systèmes suivront, émettant dans le spectre visible, l’infrarouge ou encore l’ultraviolet. Mais le principe de base n’a pas beaucoup évolué. Les plus courants utilisent des flashs, au fonctionnement proche de ceux des appareils-photo, pour émettre des photons destinés à exciter les atomes de la matière placée au centre du dispositif (du verre dopé au néodyme, par exemple). Au passage d’un autre photon, ces atomes se désexcitent et en émettent un à leur tour, identique au premier, qui va ensuite taper sur un miroir et revenir vers la matière. C’est ainsi qu’un faisceau naît peu à peu, qui va ensuite sortir par l’un des miroirs, partiellement transparent, vers une chaîne d’amplification où il gagnera encore plus en énergie. En vitesse réelle, le processus est ultrarapide.
«Avant, ça ressemblait à une boîte avec des miroirs de chaque côté. Aujourd'hui, certains lasers ne mesurent plus que quelques millimètres», décrit Thierry Bosch, chercheur au Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes de Toulouse (CNRS). Le rayon ainsi émis «a des propriétés uniques, explique Victor Malka, directeur de recherche au Laboratoire d'optique appliquée - CNRS, Ensta, Ecole Polytechnique - de Palaiseau (Essonne). Les photons issus d'une source ont la même longueur d'onde, la même direction et sont en phase.» Cette cohérence spatiale et temporelle permet d'additionner leurs effets et de concentrer une grande quantité d'énergie sur un petit volume.
Les meilleurs lasers permettent aujourd'hui de mesurer la distance entre la Terre et la Lune avec une précision de 5 mm. Pour cela, on les dirige vers un miroir installé sur le satellite rocheux et on compte le temps qu'ils mettent à revenir. «Ce qui compte, c'est la puissance», c'est-à-dire la quantité d'énergie délivrée sur une période donnée, assure Hervé Floch. Les plus puissants, à l'image du Laser Mégajoule inauguré en octobre à Barp, entre Bordeaux et le bassin d'Arcachon, atteignent le pétawatt (un million de milliards de watts). Une puissance dix mille fois supérieure à celle de tout le parc nucléaire mondial - l'impulsion durant laquelle l'énergie est délivrée est cela dit ultrabrève, de l'ordre du milliardième de seconde.
Et les lasers n'en finissent pas de s'améliorer : toujours plus puissants, plus compacts et avec des cadences de tir plus élevées. Du côté de ceux destinés à l'industrie, l'innovation va bon train. «Tout progrès est immédiatement rentabilisé», applaudit Guillaume Petite, conseiller scientifique à l'Ecole polytechnique. A l'image de Safran ou d'Airbus Defense and Space, les industriels s'en servent désormais pour fusionner des couches de matériaux toujours plus variés afin de réaliser des pièces à coûts réduits.
La start-up Purelase, du pôle Route des lasers, songe, elle, à intégrer une nouvelle génération de lasers compacts sur des bras robotiques pour faire du micro-usinage. «On peut découper toutes sortes de matériaux à condition que les impulsions soient très brèves pour ne pas l'endommager, souligne Hervé Floch. On atteint aujourd'hui le femtoseconde», soit un millionième de milliardième de seconde. Une autre PME du pôle s'est lancée dans le contrôle qualité laser de pièces complexes. Avec cette méthode, plus précise et non destructive, elle espère séduire les poids lourds de l'aéronautique.
«Détecter des tumeurs à des stades très précoces»
Les petits photons ont aussi éveillé l'intérêt des constructeurs automobiles. L'an dernier, Audi et BMW commercialisaient les premières voitures équipées de phares à diodes lasers. «Ils éclairent plus loin que les autres dispositifs et font d'excellents feux de route, tout en étant très compacts. On va les généraliser sur nos prochains modèles haut de gamme», annonce-t-on chez Audi France. Ils resteront néanmoins associés à des phares à LED pour les feux de croisement, d'une plus grande durée de vie et moins énergivores.
La marque allemande espère aussi proposer en option, dans quelques années, un système projetant deux faisceaux sur la route pour indiquer si la voiture passe ou non entre deux obstacles. De son côté, l’équipementier français Valeo a déjà mis au point un système utilisant des lasers pour scanner la route à grande distance, en vue de rendre les voitures de demain semi, voire totalement autonomes.
Victor Malka travaille, lui, depuis quinze ans sur des accélérateurs laser plasma - un état que la matière atteint lorsqu'elle est chauffée à des températures très élevées. Son objectif : produire des rayons X très intenses et cohérents en vue d'améliorer les techniques d'imagerie médicale. «Cela permettrait de réduire le temps de pose à une fraction de seconde, au lieu d'une minute, et d'améliorer la résolution de l'image. On pourrait ainsi détecter des tumeurs cancéreuses à des stades très précoces», raconte-t-il. Les technologies laser permettront aussi, selon lui, de démocratiser les radiothérapies par électrons et par protons. «Les rares centres de protonthérapie, à Nice ou Orsay, utilisent des accélérateurs de particules classiques pour produire des plasmas et déposer de l'énergie avec précision sur des tumeurs, explique Victor Malka. Nous, on aimerait montrer qu'il est possible de faire la même chose avec des lasers. Ça aurait l'avantage de rendre l'appareil plus compact et moins cher, et de démocratiser ce traitement.» L'avenir du laser s'avère toujours plus lumineux.
