Les lasers sont appelés à jouer un rôle pivot dans les décennies à venir à mesure que la technologie progresse

Laser, abréviation de Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, est un dispositif qui émet de la lumière à des longueurs d’onde particulières et amplifie cette lumière pour produire un faisceau de rayonnement très étroit et très brillant, focalisé sur un minuscule point. Il existe de nombreux types de lasers, notamment les lasers à fibre, les lasers à gaz, les lasers à solide, les lasers à colorant et les lasers à diode, qui partagent tous un ensemble de composants de base.

Aujourd’hui, les lasers sont un élément clé de nombreux produits que nous utilisons quotidiennement, des produits de consommation comme les lecteurs Blu‑Ray, CD, DVD et les scanners de codes‑barres aux imprimantes laser et à la chirurgie oculaire LASIK. Ils sont également utilisés pour mesurer, couper, graver, percer et marquer une large gamme de matériaux.

Le premier laser a été développé en 1960, basé sur les travaux d’Albert Einstein sur l’émission stimulée, ce qui lui a valu le prix Nobel de 1921. Depuis, le marché mondial de la technologie laser a connu une croissance significative et devrait atteindre une valeur de 25,6 milliards de dollars d’ici 2027.

Application de la technologie laser

Le laser s’est avéré être un outil extrêmement pratique grâce à la production de faisceaux lumineux monochromatiques, contrôlés et précisément dirigés. La plupart de ses applications modernes importantes se situent dans les communications par fibre optique, l’usinage et la fabrication laser, la détection d’éléments traces, la métrologie laser et l’imagerie médicale. 

Alors que la science de la lumière elle‑même n’a pas changé, la technologie laser a rapidement progressé au fil des ans. Ainsi, bien qu’inventés il y a plusieurs décennies, les avancées technologiques ont enfin permis aux lasers de jouer le rôle que nous avions toujours imaginé pour eux. 

Voyons maintenant les dernières avancées et tout ce qui devient possible grâce à cette technologie dans diverses industries !

Communication 

En permettant la création de réseaux sécurisés capables de transmettre d’énormes quantités de données à grande vitesse, avec une meilleure efficacité et une sécurité renforcée, la technologie laser s’impose comme un facteur de transformation dans les communications par satellite. En conséquence, le marché mondial des communications laser basées sur l’espace devrait quadrupler d’ici 2031, selon Straits Research.

Dans ce domaine, le laser offre un large éventail d’applications telles que les communications inter‑satellites et la connectivité satellite‑sol. Et à mesure que le nombre de satellites en orbite continue d’augmenter, les communications laser spatiales deviendront encore plus cruciales dans les systèmes de communication par satellite.

Plus récemment, la NASA a mené le premier test réussi de son système de communications optiques interstellaires (DSOC), un lien de communication de nouvelle génération qui transmet des informations par lumière laser. Dans le cadre d’une série de tests visant à accélérer les communications dans l’espace lointain, celui‑ci a été la communication laser la plus distante à ce jour. En cas de succès, les responsables de la NASA s’attendent à ce que les astronautes des décennies à venir l’utilisent comme moyen de communication avec le contrôle au sol.

Bien que les communications laser rencontrent de nombreux défis, notamment en ce qui concerne l’atmosphère, des techniques innovantes telles que l’optique adaptative, le guidage de faisceau et les algorithmes de correction d’erreurs sont explorées pour atténuer ces effets, ce qui fera progresser la mise en œuvre pratique des communications laser. 

Ainsi, bien que l’espace ait vu l’utilisation typique des communications laser, la recherche, le développement et les investissements se poursuivent pour augmenter l’usage pratique des communications laser. L’augmentation de sa bande passante et son fonctionnement dans diverses conditions atmosphériques étendront l’implémentation des communications laser dans les marchés de la défense, du civil, du commercial et de l’agriculture.

Au sein de la communauté internationale, des efforts de normalisation sont également en cours pour garantir l’interopérabilité et l’adoption généralisée des systèmes de communication laser. 

Défense

L’industrie militaire se concentre sur le développement d’armes laser en raison de leur facilité d’utilisation, de leur précision et de l’absence de dommages collatéraux. De plus, avec l’acquisition généralisée de drones létaux par les armées du monde entier, les capacités des armes laser sont devenues un point focal pour toutes les forces militaires.

L’année dernière, des spéculations ont indiqué que la Russie était devenue le premier pays à utiliser des armes laser, les Persevet et Zadira, en combat pour brûler les drones ennemis. Les États‑Unis ont également fait progresser le travail sur la défense aérienne basée sur les lasers. 

Et plus tôt cette année, le système d’arme laser tactique DEIMOS de Lockheed Martin (LMT ) a atteint son jalon de « première lumière ». La société américaine participe également au système de défense aérienne à base de laser Iron Beam, premier du genre en Israël, capable d’abattre des avions ennemis, des roquettes, des UAV et des mortiers en dirigeant des faisceaux laser sur ceux‑ci. 

À mesure que les systèmes laser gagnent en traction, les scientifiques ont également découvert une nouvelle façon d’augmenter considérablement la puissance des lasers à fibre tout en maintenant la qualité du faisceau, les rendant ainsi une technologie de défense clé pour l’avenir contre les drones à faible coût. 

Cette percée implique l’utilisation potentielle de fibres optiques multimodes pour augmenter de 3 à 9 fois la puissance de sortie des lasers à fibre, sans dégrader la qualité du faisceau. En atteignant cet objectif, ces lasers peuvent se concentrer efficacement sur des cibles lointaines, produisant une puissance extrêmement élevée. Cette puissance accrue renforce l’utilité des lasers à fibre, les rendant encore plus précieux pour l’industrie de la défense.

Une autre superpuissance militaire, la Chine, a également réalisé d’importants progrès dans les armes laser, et il y a quelques mois, des scientifiques militaires chinois ont affirmé avoir développé un nouveau système de refroidissement permettant aux lasers à haute énergie de fonctionner « indéfiniment » sans accumulation de chaleur résiduelle, un défi technique majeur pour le développement des armes laser. 

Grâce à cela, les armes peuvent désormais générer des faisceaux laser aussi longtemps qu’elles le souhaitent sans interruption ni dégradation des performances. Le nouveau système, qui utilise des structures avancées, a le potentiel de transformer radicalement le domaine de la défense en augmentant la portée et les dégâts, en prolongeant les temps d’engagement et en réduisant les coûts.

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Santé

En plus de la défense, la technologie laser est également largement utilisée dans le secteur de la santé grâce à sa grande précision, productivité, durabilité et adaptabilité. Dans ce secteur, la technologie est utilisée pour développer de nouvelles prothèses et outils pour les applications médicales, tandis que les fabricants d’équipements médicaux utilisent les lasers pour concevoir et développer de nouveaux appareils médicaux de manière pratique. 

L’utilisation du laser réduit la main‑d’œuvre et d’autres coûts de fabrication. Il peut également identifier les produits contrefaits dans les cliniques et les hôpitaux. De plus, les chirurgiens peuvent réaliser facilement des procédures chirurgicales complexes avec des lasers.

De l’ophtalmologie, de la dentisterie et de la dermatologie à l’urologie, la technologie laser voit une utilisation croissante dans le domaine de la santé, avec des problèmes tels que les maladies cardiaques, le glaucome, les tumeurs, les cancers, les varices, les problèmes de prostate, les blessures du genou et les calculs rénaux traités grâce à elle. Les systèmes à ultrasons basés sur le laser, quant à eux, fournissent des images des structures internes du corps tout en ayant le potentiel de suivre l’évolution des maladies au fil du temps.

En plus de cela, la technologie laser est également utilisée dans des traitements médicaux non invasifs tels que la trabéculectomie sélective au laser, la thérapie photodynamique, l’élimination de tatouages, le rajeunissement de la peau, la thérapie laser de bas niveau et l’épilation. La thérapie laser de bas niveau (LLLT), en particulier, se démarque en dentisterie en offrant un avantage distinct en termes de sécurité et de confort du patient, sans dépendre d’interventions pharmaceutiques.

De plus, depuis que la FDA a accordé pour la première fois l’autorisation d’un laser à des fins thérapeutiques chez l’homme il y a plus de deux décennies, la thérapie laser et ses applications thérapeutiques ont considérablement évolué et sont largement utilisées pour le soulagement de la douleur, la régénération tissulaire et la promotion du bien‑être général.

Ensuite, il y a l’utilisation des lasers pour empêcher les moustiques de piquer les humains et de propager des maladies. Des produits comme le Photonic Fence Monitoring Device (PFMD) surveillent les insectes en vol et éliminent ceux identifiés comme cibles en les abattant avec une micro‑explosion d’énergie laser. La première application du PFMD consiste à tester la conception et l’efficacité des mesures de lutte contre les vecteurs contre les invasions d’insectes nuisibles dans les marchés de l’agriculture, de l’hôtellerie, du gouvernement, de l’armée et du contrôle des nuisibles résidentiels.

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Analyse et expérimentation 

La technologie laser joue un rôle crucial dans divers domaines d’analyse et d’expérimentation grâce à ses propriétés uniques, sa précision et sa polyvalence. 

En physique atomique et moléculaire, les chercheurs utilisent les lasers pour ralentir et piéger les atomes à des températures extrêmement basses. En plus d’utiliser les lasers pour contrôler les états quantiques, leur source lumineuse réglable aide à étudier les niveaux d’énergie et les transitions dans les atomes et les molécules.

Le refroidissement laser, démontré pour la première fois il y a 40 ans et qui a révolutionné la physique atomique, est aujourd’hui utilisé dans les études sur l’information quantique, les gaz dégénérés quantiques, les horloges atomiques et les tests de physique fondamentale, et il est maintenant appliqué à l’antimatière. La capacité de manipuler le mouvement des atomes d’antimatière à l’aide de la lumière laser devrait offrir des opportunités révolutionnaires pour de futures expériences, telles que les fontaines anti‑atomiques et la création de molécules d’antimatière.

En 2021, la collaboration ALPHA au CERN a réussi à refroidir des atomes d’anti‑hydrogène, la forme la plus simple d’antimatière atomique, à l’aide de la lumière laser, ce qui est considéré comme un « catalyseur de changement pour les mesures spectroscopiques et gravitationnelles ».

Parallèlement, des recherches sont également menées sur l’accélération de particules basée sur l’interaction laser‑plasma afin de mieux comprendre l’univers. En plus de comprendre l’évolution de tous les êtres vivants en étudiant les réactions chimiques, la capacité de cette technologie aide également dans le traitement du cancer, où elle pourrait offrir une alternative à la radiothérapie conventionnelle aux rayons X. La technologie d’accélération de particules basée sur l’interaction laser‑plasma permet d’atteindre des énergies très élevées sur de très courtes distances, ce qui pourrait conduire à des gains très significatifs en termes de volume.

La technologie laser est également utilisée pour produire des nanomatériaux aux caractéristiques chimiques et physiques distinctes, plusieurs procédés laser étant développés pour la fabrication de nanomatériaux, tels que la réduction assistée par laser, l’exfoliation laser et l’ablation laser.

Énergie propre / Fusion nucléaire

La croissance continue des énergies renouvelables dans le monde offre des opportunités croissantes pour les techniques de traitement laser. Dans l’industrie de l’énergie propre, la technologie laser est utilisée dans la fabrication de nouveaux équipements de production d’énergie ainsi que dans le déclassement des centrales électriques en fin de vie.

En plus d’être utilisée dans la fabrication, les lasers peuvent être employés dans le revêtement, également appelé dépôt métallique laser, et améliorer les propriétés des surfaces traitées. Les composants de micro‑turbines à gaz, quant à eux, peuvent bénéficier du nettoyage par laser à fibre. 

En ce qui concerne l’énergie solaire, les contacts déclenchés par laser montrent des promesses pour améliorer l’efficacité des cellules solaires et sont utilisés dans la découpe et le marquage de plaquettes semi‑conductrices ainsi que dans la séparation des circuits électriques des cellules individuelles de grands panneaux solaires.

À l’avenir, nous pourrions voir les lasers utilisés pour créer une nouvelle génération de panneaux solaires ainsi que la production de batteries pour stocker l’énergie générée par les sources renouvelables.  

La technologie laser apparaît également dans la fusion nucléaire. Il y a un an, le secrétaire américain à l’Énergie a annoncé une percée dans la fusion nucléaire basée sur le laser, où un laboratoire de recherche a produit un petit soleil sur Terre. La source lumineuse utilisée dans cette expérience était le plus grand laser du monde, qui utilisait 192 lignes de faisceau pour générer des impulsions. Les faisceaux laser ont produit 54 % d’énergie supplémentaire par rapport à l’énergie qui leur était fournie. 

Cette année, les 192 lasers ont écrasé une petite capsule remplie de deutérium et de tritium, des isotopes lourds de l’hydrogène, déclenchant une réaction de fusion qui a produit plus d’énergie que les faisceaux laser n’en ont fourni au cours du processus. 

Selon Michael Campbell, ancien directeur du laboratoire de fusion laser à l’Université de Rochester, aujourd’hui à l’Université de Californie :

“Au cours des prochaines années, des rendements de 5 à 10 MJ sont très possibles.”

Mais bien sûr, pour cela, nous aurons besoin de lasers à impulsions à haute énergie et haute puissance moyenne, construits comme des unités remplaçables en ligne, ce qui ouvrira la voie à de nombreuses nouvelles applications industrielles.

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Entreprises axées sur la technologie laser 

Passons maintenant en revue les entreprises majeures qui développent des technologies laser ou basées sur le laser :

#1. Lockheed Martin Corporation (LMT)

Le principal groupe de défense et aérospatial, également impliqué dans la recherche sur la fusion nucléaire, possède une capitalisation boursière de 111,74 milliards de dollars et un chiffre d’affaires sur les 12 derniers mois (TTM) de 67,68 milliards de dollars. 

Cotée à 450,4 $, l’action Lockheed a baissé de 7,42 % cette année tout en offrant un rendement de dividende de 2,80 %. Le BPA (TTM) de la société est de 27,38, et le ratio P/E (TTM) est de 16,45. 

L’année dernière, Lockheed a livré un système d’arme laser à haute énergie au département de la Défense des États‑Unis, et cette année, l’Armée américaine a de nouveau accordé à la société un contrat pour développer un prototype laser de capacité de protection contre le feu indirect.

#2. Coherent, Inc. (COHR)

Fabricant de premier plan de systèmes laser pour diverses applications, notamment les communications, le traitement des matériaux et le médical, Coherent Corp. (COHR ) possède une capitalisation boursière de 5,45 milliards de dollars. 

Au moment de la rédaction, ses actions s’échangent à 36,02 $, en hausse de 2,62 % depuis le début de l’année (YTD). Au cours des 12 derniers mois consécutifs, Coherent a déclaré un chiffre d’affaires de 4,869 milliards de dollars et affichait un BPA (TTM) de -3,01 et un ratio P/E (TTM) de -11,96.

#3. IPG Photonics Corporation (IPGP)

L’entreprise produit des solutions laser utilisées dans le traitement des matériaux, le médical et les applications avancées. Il y a quelques mois, IPG Photonics (IPGP ) a lancé un laser à double faisceau avec la « plus grande » puissance de cœur monomode. 

Également impliquée dans la recherche sur l’énergie propre, les actions d’IPG Photonics s’échangent à 95,62 $, avec un chiffre d’affaires (TTM) déclaré de 1,32 milliard de dollars. L’entreprise possède un BPA (TTM) de 1,82 et un ratio P/E (TTM) de 52,40. 

#4. Northrop Grumman Corporation (NOC)

Northrop Grumman (NOC ) est une société mondiale d’aérospatiale et de défense avec une capitalisation boursière de 70,8 milliards de dollars. Elle est également impliquée dans le développement de systèmes laser pour les applications de défense. 

En octobre 2023, l’Agence de développement spatial du Pentagone a attribué un contrat de 732 millions de dollars à Northrop Grumman pour construire 38 satellites « transport de données » dans le cadre de l’architecture Proliferated Warfighter Space que l’agence développe.

Actuellement, les actions de Northrop Grumman s’échangent à 469,58 $, en baisse de 13,9 % depuis le début de l’année (YTD). La société réalise un chiffre d’affaires (TTM) de 38,685 milliards de dollars et offre un rendement de dividende de 1,59 %.

#5. Thermo Fisher Scientific Inc. (TMO) 

L’entreprise fournit des instruments d’analyse, y compris ceux basés sur la technologie laser, ainsi que des consommables utilisés dans la recherche médicale, le diagnostic des maladies et la découverte et la production de nouveaux médicaments. 

Le cours de l’action Thermo Fisher a baissé de 11,47 % cette année, s’échangeant désormais à 487,53 $. La société possède une capitalisation boursière de 188,36 milliards de dollars, a affiché un chiffre d’affaires (TTM) de 43,421 milliards de dollars et verse un rendement de dividende de 0,29 % tout en affichant un BPA (TTM) de 15,27 et un ratio P/E (TTM) de 31,93.

Conclusion

Comme nous l’avons vu, la technologie laser possède un potentiel immense et voit son implémentation dans divers domaines. Alors que les lasers améliorent déjà les capacités humaines, la poursuite de la recherche et des avancées permettra de faire évoluer la technologie et de la rendre encore plus puissante. De la santé, des capteurs, de l’énergie et des véhicules électriques à la numérisation et au quantique, la technologie laser est prête à transformer de vastes aspects de nos vies.

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