HISTORIQUE | 60 ans de laser : Que nous réserve l'avenir ? (2ème partie)

HISTORIQUE | 60 ans de laser (2/2) - Le laser a été inventé il y a 60 ans, en 1960. À l'occasion de son 60e anniversaire, des journalistes et des experts de l'industrie racontent l'impact que la technologie laser a eu en Allemagne et évaluent son avenir.

Le 6 mai 1964, le New York Times a publié une interview de Theodor Maiman, l'homme qui avait construit le premier laser en mai 1960. 60 ans plus tard, nous savons combien de problèmes son invention a résolus. Sans les lasers, nous n'aurions ni Internet, ni ordinateurs, ni séquençage de gènes, pour ne citer que quelques applications majeures. Mais il a fallu 60 ans et beaucoup de brillants esprits dans le monde entier pour que tous ces problèmes soient résolus grâce aux lasers.

Par Nikolaus Fecht (Ingénieur diplômé de la Deutsche Presse-Agentur) et Dr. Andreas Thoss (Directeur général de THOSS Media GmbH)

Lorsque Peter Leibinger, directeur de la technologie de TRUMPF, a déclaré que le laser était désormais une marchandise, cela a fait sourciller certains. C'était lors du salon LASYS en 2013. Depuis lors, le marché n'a cessé de croître, avec quatre sociétés de laser qui ont dépassé le milliard de ventes trois ans plus tard. En Chine, le plus grand marché mondial des lasers, les systèmes d'une puissance allant jusqu'au kilowatt se font une concurrence acharnée pour obtenir le prix le plus bas. Le laser est-il devenu un produit comme les autres ?

Christian Schmitz, directeur général de la technologie laser chez TRUMPF, a déclaré :

"Je serais en fait très heureux de cela. La marchandisation signifie de plus grandes quantités, ce qui fait du laser une option pour d'autres applications. Je vois cela comme un signe que le laser est devenu un énorme succès"

Mais qu'en est-il de l'avenir pour un pionnier de la haute technologie comme TRUMPF ?

"En tant que fabricant de lasers commerciaux, nous sommes également en mesure de faire face à la concurrence sur des marchés plus importants. Néanmoins, nous n'avons pas l'intention de renoncer au marché des applications haut de gamme"

Pour Schmitz, cela signifie, par exemple, la production de lasers pour l'industrie des semi-conducteurs. TRUMPF fournit à ASML, le fournisseur néerlandais de systèmes de photolithographie, le laser le plus puissant produit en série au monde. TRUMPF a consacré 15 ans au développement de cette application laser extrêmement spécialisée, qui devrait représenter plus de 10 % des ventes totales en 2020. De plus, elle est appelée à se développer davantage, ce qui va à l'encontre de la tendance générale de l'industrie des machines-outils

En novembre 2020, une équipe de Zeiss, Trumpf et Fraunhofer IOF a reçu le "Deutscher Zukunftspreis" (prix allemand de l'avenir) pour le développement de la lithographie EUV. Un projet qui est soutenu par plus de 2 000 brevets. Schmitz explique

"Pour mener à bien un projet de haute technologie comme celui-ci, il devient de plus en plus important de trouver les bons partenaires - des personnes avec lesquelles vous pouvez exploiter tout le potentiel technologique d'applications avancées comme celle-ci"

Place aux puissants lasers de précision

Pour Tünnermann,

"Un excellent exemple de cela, à mon avis, est le développement de lasers à impulsions ultracourtes pour le traitement des matériaux. Dans les années 1990, nous avons pu démontrer [au Laser Zentrum Hannover] que les lasers à impulsions ultracourtes peuvent être utilisés pour texturer les métaux avec une précision de l'ordre du micromètre mais sans endommager le matériau de manière significative. L'expérimentation initiale à cet effet faisait partie d'un projet commun du BMBF. (Des entreprises telles que Bosch et TRUMPF étaient partenaires de ce projet). Cela a également donné lieu à un Deutscher Zukunftspreis - dans ce cas, pour l'équipe qui avait travaillé sur le projet commun du BMBF"

Le traitement des matériaux par impulsions ultracourtes (USP) est désormais porté à un nouveau niveau. Le CAPS, le pôle d'excellence Fraunhofer sur les sources de photons avancées, est coordonné conjointement par le Fraunhofer IOF et le Fraunhofer ILT. Le CAPS entreprend de faire passer les lasers USP du laboratoire à la fabrication industrielle, explique Constantin Häfner, nouveau directeur du Fraunhofer ILT

"Nous donnons accès à ces nouveaux lasers USP à haute performance à un stade précoce. Et nous avons mis en place des installations à Iéna et à Aix-la-Chapelle, où les entreprises intéressées peuvent venir essayer ces sources laser uniques et acquérir ainsi l'expérience nécessaire pour développer leurs propres applications"

À cette fin, non seulement la puissance de sortie a été portée à un niveau sans précédent de 20 kilowatts, mais elle a également été augmentée. Les experts du Fraunhofer améliorent également toutes les technologies tout au long de la chaîne de valeur, de la simulation à une foule d'applications. Les CAP offrent donc non seulement une base solide de savoir-faire de base sur la technologie laser, mais aussi la possibilité de coopérer avec les 13 instituts Fraunhofer pour le développement de nouvelles technologies et, enfin, de nouvelles applications.

La fabrication d'additifs pour les organes humains

La recherche interdisciplinaire a déjà commencé. Dans le domaine de la médecine, par exemple, la microscopie à balayage laser à super-résolution - une technologie qui a reçu plusieurs prix Nobel - est déjà utilisée. À l'avenir, la technologie laser pourrait également s'imposer dans d'autres domaines de travail en laboratoire. Au Fraunhofer ILT, les chercheurs étudient actuellement l'interaction entre les photons et les cellules biologiques, explique M. Häfner :

"Nous travaillons sur la bio-impression comme moyen de créer des structures tissulaires en 3D. En utilisant des biomatériaux et des cellules vivantes, nous pouvons maintenant créer des structures biologiques qui imitent les propriétés immunologiques, cellulaires et anatomiques d'un patient humain. À long terme, il pourrait même être possible d'utiliser la fabrication additive pour produire des tissus et des organes personnalisés en laboratoire. Cela nous aiderait à répondre au besoin de transplantations humaines"

La course à l'exploitation de la technologie quantique

Le sujet le plus brûlant dans le domaine de la recherche appliquée sur les lasers est actuellement la technologie quantique. En février 2020, le gouvernement fédéral allemand a annoncé un financement de 600 millions d'euros pour ce domaine, suivi de 2 milliards supplémentaires dans le cadre du budget COVID-19. Ce montant est probablement plus élevé que le total combiné de tous les financements passés pour la technologie laser.

Tünnermann, du Fraunhofer IOF, rappelle que "l'Allemagne promeut déjà la technologie quantique depuis plusieurs décennies"

À l'affirmation selon laquelle la Chine et les États-Unis sont déjà bien avancés, il répond :

"Mon sentiment ici est que les économies les plus performantes seront celles qui auront mis en place des structures pour promouvoir activement le transfert de cette technologie. C'est pourquoi la photonique est un excellent exemple - et c'est un bon modèle de réussite durable pour la technologie quantique"

Actuellement, un processus d'agenda national est en cours, dans le cadre duquel des experts de l'industrie, de la recherche et des communautés d'utilisateurs travaillent en réseau pour garantir que le financement de la technologie quantique est utilisé le plus efficacement possible

Les lasers peuvent-ils résoudre le problème de l'énergie ?

Dans les années 1960, le laser était considéré comme "la prochaine grande chose" après l'énergie atomique. Contrairement à l'énergie nucléaire, la technologie laser est en effet devenue partie intégrante de la vie quotidienne. Elle joue déjà un rôle clé dans les domaines des télécommunications et de l'ingénierie de production - et son importance ne cessera de croître.

Une startup allemande a des projets encore plus ambitieux : Marvel Fusion GmbH doit étudier la fusion nucléaire par laser. La technologie pour cela est basée sur des systèmes du type de ceux qui sont en cours de développement au sein d'un réseau de recherche européen connu sous le nom d'Infrastructure de Lumière Extrême (ELI)

Soutenu par un financement qui a maintenant atteint un milliard d'euros, l'ELI comprend trois instituts en Europe de l'Est. Ceux-ci travaillent à la réalisation de la grande vision de Gérard Mourou, lauréat du prix Nobel de physique en 2018. Dans sa conférence sur le prix Nobel, Mourou est passé de la découverte initiale de Maiman à un point très éloigné dans le futur, où les lasers pourraient devenir des accélérateurs de particules, ou créer des conditions comparables à celles qui règnent à l'intérieur des étoiles. Ils déclencheront la fusion nucléaire. Et ils seront si intenses qu'ils attireront les particules hors du vide. Marvel Fusion travaille sur cette voie pour trouver des solutions réalisables.

Le laser a donc permis de résoudre de nombreux problèmes qui étaient inconnus lorsque Maiman parlait d'une solution cherchant un problème. Cependant, comme l'a promis le visionnaire Gérard Mourou, "le meilleur est encore à venir !