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[Musique dramatique]
[Voix robotique] Aujourd'hui, dans la Science 2.0...
Les Lasers nous étudierons...
Le tout premier laser a été mis au point en 1960 par le physicien américain Théodore Maiman,
grâce à une tige en Rubis.
De nos jours, on se sert des lasers dans les scanners de code-barres,
les lecteurs DVD, ou encore pour mesurer la distance entre la Terre et la Lune.
Mais qu'est-ce qui rend le laser si spécial ?
Ce qui caractérise principalement la lumière d'un laser c'est qu'elle est monochromatique,
donc qu'elle ne contient qu'une seule couleur.
Et c'est ce qu'on appelle la longueur d'onde de ce rayonnement qui définit la couleur.
La lumière d'une ampoule - ou la lumière du soleil - elles, au contraire,
contiennent tout un tas de longueurs d'ondes différentes, qui forment la lumière blanche.
Le rayonnement laser est également cohérent, car en plus d'avoir la même longueur d'onde,
tous les photons qui le composent se déplacent en phase dans l'espace.
Les lasers sont catégorisés en Classes selon leur puissance et leur niveau de danger.
Les lasers de classe 1 et 2 sont ceux que l'on trouve le plus souvent
dans les lecteurs DVD ou les petits pointeurs, par exemple.
Au-delà de la classe 2...
Non, sérieux, arrête...
Au-delà de la classe 2, l'usage des lasers est très réglementé.
On va trouver les lasers de classe 3A et 3B pour lesquels l'exposition dans l'œil devient dangereuse,
et avec lesquels on peut graver du bois par exemple.
Et enfin, au-delà de 500 milliwatts on a la classe 4, où là, concrètement ça crame.
Donc précautions extrêmes quand on en utilise.
J'ai ici un laser bleu de 5500mW,
donc je vous laisse deviner à quelle classe il appartient,
et quel genre d'expériences on va pouvoir faire avec juste après.
Le terme "laser" est un acronyme qui signifie:
Amplification de Lumière par Émission Stimulée de Radiations.
Ça ne nous avance pas à grand chose tout ça donc pour bien comprendre,
Rien de mieux qu'un petit peu d'infographie.
Pour savoir comment fonctionne le laser, il va falloir plonger dans l'infiniment petit de la matière,
au niveau de l'atome.
Chaque atome est composé d'un noyau, entouré d'électrons qui se déplacent autour,
répartis sur différents niveaux - différentes orbites - qu'on appelle les Niveaux d'Énergie.
Ces niveaux fonctionnent comme les étages d'un immeuble,
on ne peut aller qu'à certains niveaux précis, et pas entre deux.
Tout d'abord, on va chercher à augmenter le niveau d'énergie de cette molécule
en lui apportant une quantité d'énergie qui correspond précisément à l'écart entre deux niveaux,
ce qui va faire passer un électron d'une orbite à une autre plus élevée.
Dans le cas du laser, on appelle ça le Pompage Optique, et l'atome ou la molécule sera alors dit Excité.
Mais alors, comment faire ce pompage optique ?
On va maintenant partir sur le cas des lasers au rubis, mais le principe s'applique à tous les lasers.
À l'aide d'un flash lumineux, on va envoyer toutes les longueurs d'onde de la lumière blanche
dans du rubis.
Lorsqu'un photon qui possède la bonne énergie est absorbé,
un électron va faire une transition du Niveau 1 très souvent directement au Niveau 3.
La molécule va alors se désexciter:
l'électron va rapidement redescendre d'un niveau et cette énergie sera émise sous forme de chaleur.
C'est pour ça que les lasers chauffent.
Ensuite, la molécule va se désexciter à nouveau mais là, elle peut le faire de deux manières différentes.
L'électron peut redescendre tout seul sur son orbite d'origine,
et libérer de l'énergie cette fois-ci sous forme d'un photon, qui va partir dans une direction aléatoire.
C'est ce qu'on appelle l'Émission Spontanée.
Et la deuxième possibilité, là où ça devient intéressant,
c'est quand ce photon émis spontanément rencontre une autre molécule encore excitée.
la molécule va l'absorber et se désexciter en émettant deux photons en phase,
ayant tous les deux la même longueur d'onde,
et qui partent dans la même direction que ce lui qui vient d'arriver.
C'est ça la fameuse Émission Stimulée.
Et comme dans une réaction en chaîne,
ces photons en phase vont à leur tour pouvoir exciter d'autres molécules,
ou déclencher d'autres émissions stimulées.
Et c'est comme ça qu'on obtient un faisceau cohérent.
Mais cette émission stimulée de lumière va avoir lieu dans n'importe quelle direction à l'intérieur du laser,
alors comment est-ce qu'on arrive à canaliser le faisceau comme ça ?
Eh bien c'est là que la structure et la construction du laser entrent en jeu.
Les diodes laser fonctionnent différemment,
mais la construction du laser au rubis est encore la plus simple à comprendre.
D'un côté de cette tige, on dispose un miroir 100% réfléchissant,
et de l'autre, un miroir semi-réfléchissant qui laisse passer entre 2 et 5% de la lumière.
Cet ensemble forme ce qu'on appelle la Cavité Optique.
Grâce à ce système, seule la lumière qui est émise perpendiculairement à ces miroirs
va rebondir à l'intérieur de la cavité pour amplifier le phénomène d'émission stimulée.
Et pour finir, ce sont les 2 à 5% de lumière qui traversent le miroir semi-réfléchissant
qui forment le faisceau laser.
Voilà voilà ! Maintenant, je vais vous laisser digérer ça un petit quart d'heure hein !
Non je déconne, venez, on va cramer des trucs !
Allez, fini la théorie, passons à la pratique,
maintenant, on va...
Attendez, j'ai une impression de déjà-vu là...
Oh, salut Bruno ! Comment tu vas ?
Ça fait un bail, dis-donc !
[Bruno] Bah ouais, carrément !
[Baptiste] Il faut qu'on fête ça.
Ah mais oui ! Du coup, je t'ai ramené les ballons !
[Ensemble] Oooooh !
Un peu de fumée histoire qu'on voit mieux le faisceau.
Allez c'est parti, laser bleu de 5.5W de puissance,
et on va voir ce qui se passe sur les ballons de différentes couleurs.
Marron ! [PAF]
Rouge ! [PAF]
Rose ! [PAF]
Orange ! [PAF]
Jaune ! [PAF]
Vert ! [PAF]
Gris ! [PAF]
Et blanc !
Oh !
Tiens, il n'éclate pas le blanc.
Bizarre...
En fait la couleur d'un objet correspond à la partie du spectre lumineux qu'il renvoie,
donc si ce ballon vous le voyez d'une couleur rouge,
c'est parce qu'il renvoie la couleur rouge qui compose la lumière blanche,
donc qu'il absorbe toutes les autres couleurs pour les transformer en chaleur.
Dont le bleu du laser. [PAF]
Le ballon blanc, lui, il est de cette couleur parce qu'il renvoie toutes les couleurs en même temps,
donc du coup il n'en absorbe aucune, il ne chauffe pas, et donc il n'éclate pas.
C'est beau la physique, ouais.
Bon Bruno, c'est sympa mais je leur ai dit que j'allais faire cramer quelque chose là...
[Bruno] Ouais...
T'as pas un truc ?
Si, je peux te proposer une petite allumette ?
Ah bah pour commencer ! Allez !
Tu veux que je l'allume dans le bocal l'allumette ?
Eh beh oui !
Ok, c'est parti. Challenge accepté !
Allez, avec le laser de 5.5W sur l'allumette...
Attention les yeux...
[Allumette qui s'enflamme]
Ouais ! Ha ha, c'est trop bon !
Excellent.
Bruno est parti, et vous le savez, une allumette ça ne va jamais me suffire,
donc je crois qu'on va aller fouiller un peu dans cette armoire et on va prendre...
Ça. [Méthanol]
En plus, si on le mélange avec un certain acide ça donne des flammes d'une couleur un peu spéciale.
On va essayer.
Pour obtenir des flammes de couleur, on va faire un mélange de Méthanol et d'Acide Borique,
les proportions ne sont pas très importantes, il faut juste arriver à dissoudre tout l'acide.
On va préparer ça.
Et on mélange.
C'est prêt...
On va donc faire une flaque de ce mélange par terre,
à un endroit quand même dégagé de tout ce qui pourrait s'enflammer,
on va poser une allumette au milieu et l'allumer au laser, histoire que ce soit bien la classe.
Méthanol et acide borique, allumage au laser...
[Woosh]
Wow !
Wow la flamme verte quoi !
Wow, qu'est-ce que c'est beau !
Venez chez Experimentboy en famille, vous pourrez faire des feux de camp à l'intérieur des laboratoires !
C'est génial ! [Rires]
Eh bien merci à tous d'avoir regardé cette vidéo...
Oh la vache !
Surprise !
[Ballons qui éclatent]
Allez, allez !
Oh.
Il est bleu celui-là, non ?
Bruno à la rescousse !
Oui !
Ah non, il est bleu celui-là aussi !
[Rires] Allez !
[Bruno s'acharne]
[Éclatement violent]
[Éclate de rire]
Eh voilà !
Eh bien merci à tous d'avoir suivi ce nouvel épisode de la Science 2.0,
n'hésitez pas à le partager et à vous abonner à la chaîne !
Je tiens à remercier tout particulièrement Bruno et les laboratoires du lycée Raynouard
pour m'avoir accueilli et permis de faire cette vidéo.
D'ici là, portez-vous bien et puis...
À la prochaine, ciao !
Ouais, elle est bonne ! [Rires]
Les laser sont caté... [Rires]
Merde..!
Ça ne nous avance pas beaucoup tout ça, donc pour bien comprendre,
rien de mieux que... [Bafouille]
... par émission stimulée de radiations.
[Tape sa main]
Aïe ! [Rires]
[Bruno] La tête à Toto !
[PAF] Oh !
Argh ! Je meurs !
Eh bien merci à tous d'avoir regardé cette vi...
[Lumière qui s'éteint]
[Rires]