Les lasers sont omniprésents dans notre quotidien, avec une multitude d'applications allant de la découpe de métaux à la lecture de DVD, en passant par l'impression et l'épilation. On se doute qu’un laser capable de découper des métaux est dangereux puisqu’il doit être très puissant.
Le mot LASER est en fait un acronyme qui signifie Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Pour comprendre ce phénomène, il faut considérer la matière à l’échelle de l’atome. Toute la matière présente dans l’Univers (des plus grandes étoiles aux plus petits insectes, du stylo-bille au bateau) se compose d’atomes. L’atome, du simple fait de son existence, possède de l’énergie. L’état dans lequel l’énergie qu’il possède est minimale, s’appelle l’état fondamental. Un atome peut aussi recevoir de l’énergie, via l’absorption d’un photon . Ces trois notions sont équivalentes. Un atome peut absorber un (ou plusieurs) photon(s). C’est-à-dire qu’il absorbe de l’énergie, et passe de son état fondamental à un état excité.
Un laser, ce n’est rien d’autre que de la lumière qui a été produite dans des conditions très particulières, mais cela reste de la lumière. Elle émet beaucoup d’énergie et chauffe la zone éclairée au point de pouvoir brûler. La grande différence entre la lumière qui nous éclaire et la lumière d’un laser est que cette dernière est très concentrée alors que la lumière des ampoules est éparpillée dans tout l’espace. Tu peux voir la différence avec une lampe de poche que tu places près d’un mur. En reculant la lampe, tu verras une tâche de lumière qui s’agrandit petit à petit. Si tu refais la même chose avec un laser, tu verras un point de lumière qui reste de la même taille quelque soit la distance à laquelle tu te trouves.
Il existe un troisième phénomène, l’émission stimulée , introduit par Einstein en 1917. Il apparaît donc que le processus d’émission stimulée permet de « dupliquer » un photon. Ainsi, pour un photon incident, on obtient deux photons identiques à la fin du phénomène d’émission stimulée. Un laser s’apparente finalement à une « machine » à émission stimulée. Cependant, on a vu plus haut que l’émission stimulée nécessite des atomes dans des états excités. Si l’on considère une population d’atomes donnée, alors il y aura plus d’atomes non excités qu’excités.
La source d’énergie (Figure 5) permet d’exciter les atomes du milieu. Un atome va alors se désexciter spontanément en émettant un photon. Ce photon va alors provoquer l’émission stimulée d’un autre atome excité. On a alors deux photons. Puis, ces deux photons vont se réfléchir sur l’un des deux miroirs, et rencontrer d’autres atomes excité. Ainsi ils provoquent l’émission stimulée de ceux-ci. L’un des deux miroirs est cependant semi-transparent. C’est-à-dire qu’il laisse s’échapper une partie des photons de la cavité.
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Les lasers sont souvent associés à un système de focalisation composé de lentilles optiques et de miroirs.
Dans le domaine de la recherche, on peut citer le laser PETAL qui permet, entre autres, l’investigation du phénomène de fusion. Du côté de l’industrie, on peut citer les lasers pour la trempe, le soudage, la découpe etc. Les lasers sont aussi utilisés pour la lecture de DVD et de codes-barres, ou encore les télécommunications (fibre optique) . Les lasers ont aussi des applications militaires. Ainsi, l’Agence de l’Innovation de Défense (AID) soutient le projet HELMA-P de la société CILAS . Cette solution permet de neutraliser des drones grâce à un appareil se trouvant au sol.
On peut enfin citer la technologie LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy) qui permet d’analyser très finement, en temps réel et sans préparation, la composition chimique d’un échantillon.
Il semble donc logique de supposer que les pointeurs lasers sont sans dangers. C’est vrai… pour la peau ! En plus de la concentration de la lumière par le principe du laser, notre œil concentre lui aussi les rayons lumineux grâce à la cornée et au cristallin (voir sur le schéma) qui agissent comme des loupes. Leur rôle est important car ils permettent de projeter la lumière perçue sur la rétine (en jaune) dans le fond de l’œil.
Cela t’est sans doute déjà arrivé de recevoir la lumière d’un pointeur laser dans les yeux sans faire exprès. Mais pas d’inquiétude, notre corps est bien fait et nos yeux ont développé un réflexe qui agit en un quart de seconde. Dès que nos yeux voient un faisceau lumineux comme celui d’un laser, on a le réflexe de détourner le regard. Dans ces conditions, les petits pointeurs lasers ne sont pas assez puissants pour endommager nos yeux. Au delà du danger qui pourrait exister pour tes yeux, il y a aussi le risque d’aveugler des pilotes d’avion.
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En 1904, le directeur Jules Monneret ouvre au sein de l'école pratique d'industrie, fondée en 1895 dans les locaux de l'hôtel de ville, une section de lunetterie pour laquelle un atelier est aménagé en 1915 dans le préau de l'école primaire des Filles. Cette création nécessite l'acquisition d'instruments liés à l'optique et de matériel pour la fabrication des pince-nez et lunettes. Ainsi sont attestés en 1911 diverses machines à surfacer les verres (Borsch acquise en 1910, American Bifocal Co., etc.), une machine automatique à déborder, des tournettes (notamment de la société Aptical Co.), des meules, des petits tours, un grand tour parallèle, etc.
A ce matériel spécifique s'ajoute celui des sections Mécanique, Horlogerie et Menuiserie, et celui fabriqué à l'école même par les élèves. La nationalisation de l'établissement par la loi du 13 juillet 1925 s'accompagne de subventions de l'Etat, permettant de nouvelles acquisitions (théodolite, jumelles, microscopes, etc.) auprès des meilleurs fabricants (Société des Lunetiers, Stiassnie, Zeiss, etc.).
Une mise à niveau a par ailleurs lieu lors du déménagement dans les nouveaux bâtiments, ouverts le 15 octobre 1932, et l'équipement et l'ameublement vont régulièrement être renouvelés ensuite. Le patrimoine mobilier actuel est donc le reflet de cette histoire : il comporte un certain nombre de pièces rappelant la vocation de l'école pratique, sa spécialisation horlogère puis lunetière, l'élévation de niveau d'enseignement de l'établissement et l'élargissement de son domaine de compétences (aux microtechniques, à la photonique, à l'optique instrumentale, etc.), avec la permanence d'une matière comme la mécanique ou la spécificité de l'optique (couvrant l'ensemble du domaine, de la fabrication à la vente - via le magasin d'application - en passant par le contrôle de la vue).
Il témoigne aussi de l'éclatement de l'école en trois centres (Morez, Oyonnax et Saint-Cloud, à l'Ecole nationale de Sèvres) lors de la seconde guerre mondiale et, relevant autant de l'enseignement théorique que de la pratique, s'enrichit des machines et instruments actuels, achetés ou fabriqués par les élèves (dont la production a d'ailleurs pu être commercialisée).
Une démarche de collecte et d'exposition a été initiée en 1995 à l'occasion du centenaire de la création de l'école pratique.
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Né à Weimar en 1816 et mort à Iéna en 1888, Carl Zeiss est un mécanicien et un opticien allemand. En 1846, il créé à Iéna sa fabrique d'instruments optiques (microscopes notamment). Il bénéficie à partir de 1866 de l'aide du physicien Ernst Abbe (1840-1905), qui devient le directeur de recherches de son entreprise. En 1884, il fonde avec Otto Schott et lui la verrerie Glastechnisches Laboratorium Schott & Genossen. Abbe prend sa suite en 1899.
Le tableau ci-dessous présente une sélection d'instruments d'optique et de mesure utilisés dans le domaine de la lunetterie et de la physique :
| Domaine | Instrument | Datation | Auteur |
|---|---|---|---|
| Optique | Instrument d’application pratique (boîte de lentilles et de prismes) | 2e moitié 20e siècle | |
| Optique | Instrument de démonstration en optique Zeiss | Limite 19e siècle 20e siècle | Carl Zeiss |
| Lunetterie | Instrument de mesure des longueurs et d’ophtalmologie (pupillomètres) | 1ère moitié 20e siècle | Carl Zeiss |
| Physique | Balance de précision (trébuchet de laboratoire de la Société centrale de Produits chimiques) | Milieu 20e siècle | Société centrale de Produits chimiques |
| Horlogerie | Horloge d’édifice | 1er quart 20e siècle | Ecole pratique de Commerce et d’Industrie de Morez |
Il faut noter que les travaux de recherche qui ont mené à l’invention du laser, sont assez récents à l’échelle de l’histoire de la science. Einstein décrit le mécanisme d’émission stimulée en 1917. Le premier laser réalisé est en fait un MASER, c’est-à-dire qu’il émet des micro-ondes et non de la lumière visible. Cependant, à ce moment le laser n’a pas encore d’applications !
Nous avons tous déjà manipulé un pointeur laser, et pourtant, les concepts scientifiques qui se cachent derrière cet objet sont un peu plus complexes qu’il n’y paraît. Commençons par son nom.
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