Le laboratoire du Dr Stein

Aujourd'hui: les LASERs

Aide de jeu générique science-fiction

Tinkle Bavard n°1

Tout le monde connaît les lasers, surtout les fans de science-fiction, mais bien peu de gens savent d'où leur vient leur puissance, à la fois si pratique et si redoutable. C'est ce que je vais tenter de vous expliquer ici. Ce ne seront que des explications approximatives, l'effet laser répondant, en effet, de la physique quantique et non de la mécanique classique.

Commençons par regarder un peu plus en détail la nature de la lumière. Il s'agit d'une onde électromagnétique, c'est-à-dire un champ électrique et un champ magnétique, perpendiculaires l'un à l'autre. L'alternance de ces deux champs crée l'onde lumineuse.

Une onde est caractérisée par sa longueur d'onde, la distance entre deux maxima. On peut ainsi faire une classification des ondes électromagnétiques. Les longueurs d'onde sont données en mètres.

Revenons maintenant aux lasers proprement dits. Pour comprendre leur fonctionnement, il faut d'abord savoir comment la matière est arrangée: la matière est formée d'atomes. L'atome lui-même se décompose en protons et neutrons, qui forment le noyau, et en électrons, qui gravitent autour du noyau.

Dans les premiers modèles, les électrons étaient vraiment considérés de la même manière que les satellites des planètes. Avec l'avènement de la physique quantique, on se rendit compte, en fait, que les électrons sont "rangés" dans des états d'énergie bien précise. Ils ne peuvent pas changer d'état sans aide extérieure. Avec une aide (chauffage, rayonnement), il est possible qu'un électron saute à un état d'énergie supérieur. Mais la matière a toujours tendance à rechercher la position d'énergie minimum (c'est pour ça que vous êtes mieux couchés). Ces électrons excités sont donc dans une position instable, c'est-à-dire que, tôt ou tard, ils vont en redescendre. L'énergie supplémentaire (la différence d'énergie entre le niveau de départ de l'électron et son niveau d'arrivée) est alors libérée sous forme d'un photon, autrement dit une onde électromagnétique.

Le truc consiste donc à exciter une certaine quantité de matière, afin que les électrons sautent tous dans le même état. Quand ils redescendront, ils émettront tous le même genre de photon. On obtiendra ainsi une lumière dite cohérente. C'est l'effet LASER (Light Amplification by Stimulation of Emitted Radiations). De plus, cette lumière cohérente est concentrée sur une très petite surface. C'est ce qui fait la puissance des lasers.

En fait, ce n'est pas aussi simple que ça, mais ça vous donne déjà une idée de ce qu'est un laser. On voit donc que, en choisissant les états d'excitation, on peut obtenir des lasers de longueurs d'onde variables. Il existe des lasers dans l'infrarouge, le visible, l'ultraviolet et des lasers expérimentaux dans les rayons X (ceux qui sont utilisés pour l'IDS; Initiative de Défense Stratégique, projet aujourd'hui plus ou moins abandonné par le Pentagone, qui consistait à mettre en orbite des satellites armés de lasers à rayons X capable de détruire des missiles balistiques en haute atmosphère).

Dans un jeu de science-fiction, vous pouvez donc imaginer des lasers de n'importe quel type, étant de plus en plus énergétiques (donc dangereux) au fur et à mesure que la longueur d'onde diminue. Sans compter que des lasers en-dehors du spectre visible seront invisibles. Autre avantage: on peut dévier des lasers visibles avec des miroirs, mais certainement pas des lasers à rayons X (ou XRASERs) ou gamma. Complétons la famille en signalant encore l'existence de lasers à micro-ondes, les MASERs.

Je terminerai par un petit exemple chiffré, qui vous donnera une meilleure idée des lasers. Prenons un gros laser capable de développer 1000 watts sur 1 mm² (assez courant dans la recherche et l'industrie). Cela revient à éclairer une surface d'un mètre carré avec dix millions d'ampoules de 100 watts. Les chiffres parlent d'eux-mêmes.

Roboduck

© Tinkle Bavard 1989

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