Lasers : de la science à l’usine, une technologie en pleine expansion

Dans un monde industriel en quête constante de précision, de rapidité et de miniaturisation, les technologies laser s’imposent comme des leviers majeurs d’innovation. Capables de sonder aussi bien l’infiniment petit – au cœur des cellules biologiques – que l’infiniment lointain – jusqu’aux confins de l’espace –, les lasers incarnent une convergence unique entre science fondamentale et applications industrielles. Ce double pouvoir d’exploration et d’action ouvre des perspectives vertigineuses dans des domaines aussi variés que la santé, la défense, l’orfèvrerie ou encore les télécommunications. Pourtant, derrière ce potentiel immense se cachent aussi des défis technologiques, économiques et éthiques : miniaturisation des dispositifs, sécurité des données, accessibilité des traitements, ou encore souveraineté industrielle. Dans ce contexte, comprendre les dynamiques du secteur laser devient essentiel pour anticiper les ruptures à venir et saisir les opportunités d’un marché en pleine expansion.

Du laboratoire à l’industrie : comment les lasers redessinent nos usages

Le saviez-vous ? Le mot laser, aujourd’hui communément adopté, est initialement un acronyme signifiant « Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation », ou « Amplification de lumière par émission stimulée de rayonnement » en français. Ce terme désigne le phénomène physique basé sur une interaction spécifique entre des atomes et des photons décrit par Einstein : l’émission stimulée. Elle se produit en présence d’un rayonnement lumineux incident résonant avec la fréquence de transition d’un atome. Elle se manifeste par l’émission d’un photon lors d’un changement d’état d’un atome d’excité à fondamental induit par cette interaction. Le principe d’un laser consiste donc à favoriser ce phénomène, notamment par l’usage d’une cavité optique.

Depuis leur découverte dans les années 1960, les lasers ont connu une évolution spectaculaire tant sur le plan technologique que dans leurs applications industrielles. Initialement confinés à des démonstrations scientifiques, les lasers sont aujourd’hui omniprésents dans de nombreux secteurs : industrie, santé, technologies avancées et défense.

Les premiers lasers fonctionnaient sur des gaz ou rubis solides, avec une puissance et une précision limitées. Progressivement, les lasers à semi-conducteurs, puis les lasers à fibre optique, ont transformé le paysage, offrant une meilleure efficacité, une puissance accrue, une taille réduite et une grande fiabilité. Ces lasers à fibre dominent désormais le marché industriel grâce à leur polyvalence pour la découpe, le soudage et le marquage de matériaux divers pouvant atteindre l’échelle micrométrique voire nanométrique.

Les évolutions récentes incluent l’intégration de technologies comme l’intelligence artificielle, qui optimise les processus de découpe et de soudage (réduction des déchets, meilleure consommation énergétique). Par ailleurs, les lasers ultrarapides à impulsions femtoseconde sont devenus incontournables pour des micro-usinages très fins, la fabrication additive 3D métallique, et les applications médicales avant-gardistes, telles que la chirurgie et l’imagerie biophotonique.

Sur le plan du marché, l’industrie mondiale du laser affiche une croissance solide. En 2023, le marché mondial était évalué à environ 17 milliards de dollars et devrait dépasser 25 milliards dès 2028, avec une croissance annuelle moyenne proche de 8%. La France contribue activement à ce dynamisme technologique, avec un tissu dense d’acteurs innovants dans les lasers à fibre, les systèmes optoélectroniques et les solutions intégrées pour l’industrie et la santé. Parmi les secteurs porteurs vis-à-vis de cette industrie figurent la fabrication industrielle de précision, la défense, les télécommunications optiques, ainsi que le médical et les technologies quantiques.

Ainsi, depuis leur invention, les lasers sont passés d’une curiosité scientifique à un outil industriel clé, en perpétuelle amélioration technologique avec des perspectives prometteuses, notamment via l’intégration de l’intelligence artificielle, et une croissance soutenue sur un marché global en pleine expansion.

L’innovation au cœur du faisceau : où les lasers changent la donne

L’utilisation des lasers dans le développement de produits innovants irrigue de nombreux secteurs industriels, dont la santé, la défense, l’orfèvrerie et l’intelligence artificielle. Leur cohérence lumineuse, directionnalité et puissance en font un outil stratégique à fort enjeu technologique.

Santé connectée : quand les lasers deviennent des outils de diagnostic et de traitement

Dans la santé, les lasers s’imposent comme alternatives aux procédés invasifs pour le diagnostic et le traitement. Ainsi, le projet XPulse d’Alphanov, un acteur français du micro-usinage, vise à concevoir un mammographe de nouvelle génération basé sur un laser ultra-intense plutôt que sur une source classique de rayons X, communément utilisée. Ce procédé promet une meilleure résolution et un contraste accru pour détecter les tissus cancéreux, tout en offrant un plus grand confort aux patientes en s’affranchissant de la nécessité de compression du sein ainsi qu’une exposition réduite aux rayonnements.

On observe également un intérêt grandissant pour la miniaturisation des dispositifs de diagnostic. Cet engouement s’illustre parfaitement par les travaux d’IDIL Fibres Optiques, spécialiste des capteurs à réseaux de Bragg en fibre optique, capables de détecter simultanément plusieurs analytes en milieu complexe. Cette capacité de multiplexage répond au besoin urgent, mis en lumière par la pandémie de COVID-19, de diagnostics à partir de systèmes portables et en temps réel.

Concernant le domaine du traitement, l’entreprise KERANOVA développe un système robotisé associé à un laser femtoseconde ultrarapide, automatisant la chirurgie de la cataracte et réalisant l’intervention en 50 secondes, un record mondial.

D’autres innovations, telles que les biocapteurs optiques, ouvrent la voie à des traitements personnalisés et à l’évaluation en temps réel de la réponse thérapeutique.

Défense et sécurité : des faisceaux pour communiquer et protéger

Si les technologies laser sont des outils de choix pour traiter et sonder l’infiniment petit dans le secteur de la santé, ils permettent également la collecte et la transmission d’informations sur l’infiniment grand dans le domaine de la défense. En effet, les lasers alimentent des innovations majeures dans ce secteur, telle que la solution de communication laser développée par Cailabs dans le cadre du projet KERAUNOS. Ils réalisent une mise en forme avancée du faisceau laser pour garantir une liaison stable et haut débit entre un nanosatellite en orbite basse et une station sol optique.

La lutte contre la contrefaçon exploite également ces technologies, avec des procédés de marquage laser innovants sur documents sensibles, illustrés par les solutions développées par GRAVOTECH.

Luxe et précision : la signature laser des métaux précieux

Dans le secteur de l’orfèvrerie et du luxe, la directionnalité et la puissance des lasers permettent la structuration fine et durable des surfaces de métaux précieux, notamment pour créer des effets visuels colorés permanents. Certaines maisons de joaillerie utilisent des lasers femtoseconde pour graver des motifs complexes à l’échelle nanométrique, générant des irisations naturelles sans ajout de pigments. Cette technique repose sur la création de microstructures qui diffractent la lumière, produisant des couleurs uniques et inaltérables.

Un exemple concret : des ateliers spécialisés personnalisent des montres haut de gamme grâce à des gravures 3D sur des surfaces courbes, avec une précision inférieure au micron, tout en conservant l’intégrité du matériau. Cette approche ouvre la voie à des designs impossibles à obtenir par des procédés mécaniques classiques, tout en garantissant une résistance accrue à l’usure et à la corrosion.

Des acteurs comme Elettrolaser, reconnu pour ses solutions de soudage et de gravure laser dédiées aux métaux précieux, et Laser Cheval, expert en micro-usinage et marquage de haute précision, illustrent parfaitement cette maîtrise technique. Au-delà de l’esthétique, ces procédés répondent aussi à des enjeux de traçabilité : certains fabricants intègrent des marquages invisibles lisibles uniquement sous lumière cohérente, permettant d’authentifier les pièces et de lutter contre la contrefaçon.

Vers l’ultrarapide et l’IA : le futur des technologies laser

L’usage des lasers, que ce soit pour la texturation, la détection ou le transfert d’information, en fait un outil multi-usage incontournable. Depuis l’invention du laser jusqu’à l’avènement récent des technologies femto- et picoseconde, les applications innovantes se multiplient. À l’ère de l’intelligence artificielle, de nouveaux développements émergent, tels que le modèle d’IA open source conçu par LightOn combinant optique et IA.

Enfin, les travaux primés par le prix Nobel 2023 à Anne L’Huillier, Pierre Agostini et Ferenc Krausz sur les lasers attosecondes – mille fois plus rapides que les lasers femtoseconde couramment utilisés industriellement – laissent entrevoir des avancées spectaculaires dans l’étude ultrarapide des phénomènes quantiques et la matière.

FemtoMatrix : la chirurgie réinventée par le laser et la robotique

Le laser chirurgical robotisé (FemtoMatrix) développé par KERANOVA pour la chirurgie de la cataracte illustre parfaitement cette dynamique d’innovation. Cette technologie unique permet la mise en œuvre d’une procédure appelée PhotoEmulsification, qui consiste à découper le cristallin en petits fragments avec une précision et une rapidité inégalées, remplaçant en grande partie le geste manuel opérateur-dépendant. FemtoMatrix utilise un modulateur spatial de lumière pour remodeler le faisceau laser en temps réel et optimiser ainsi la vitesse, la finesse et la précision des coupes.

Ce système intégré combine vision, intelligence artificielle et mouvements robotiques ultra-précis pour rendre la chirurgie plus sûre, automatisée et reproductible. Il permet ainsi de réaliser la chirurgie en moins de huit minutes, souvent sans recourir aux ultrasons traditionnellement utilisés dans la phacoémulsification, réduisant ainsi les risques pour le patient. La machine peut aussi programmer automatiquement différentes étapes comme les incisions cornéennes, la capsulotomie, et la correction de l’astigmatisme. Cette innovation vise à offrir une chirurgie plus accessible et performante pour les patients atteints de cataracte, un domaine qui n’avait pas connu d’évolution majeure depuis plusieurs décennies.