[NdA:]
Métanote : Cette explication est venue d'une discussion lors d'un
déjeuner avec un collègue affirmant que les sabres lasers ne pouvaient pas
exister car le rayon de lumière émis ne pouvait s'arrêter net après 75cm
dans l'air. Je remercie ce collègue pour le défi.
Métanote 2 : Je cherche quelqu'un dont les connaissances en
physique soient moins rouillées que les miennes et qui puisse m'aider à
poser quelques estimations quantitatives sur le phénomène décrit ici.
Contrairement à ce qu'on dit généralement, et même parfois à ce qu'on enseigne, la construction et le fonctionnement des sabres lasers ne sont pas secrets. Alors, vous direz-vous, rien n'empêche donc une entreprise intergalactique comme Jax-Bethal d'en produire en masse, afin que nous puissions tous démembrer joyeusement nos ennemis sans effort ? La réponse est simple : la source d'énergie dans la poignée. La lame serait aisément fabriquée à l'aide de technologies traditionelles, mais sans le système d'alimentation multi-TeraWatt à contrôle manuel par la Force intégré dans la poignée ce ne serait qu'un rouleau de verre de haute qualité dans un étui en métal et céramique.
Et c'est exactement ça. La pièce principale du sabre laser est un filament de verre à très faible perte, d'environ 3 mètres, adéquatement dopé, avec un miroir parfait à un bout et un miroir légèrement transparent à l'autre. Le bout transparent (appelé le point d'entrée) est connecté à une source d'énergie dans la poignée, et si le filament est parfaitement droit, il est aisé de voir que cette installation est un laser, sauf que vous ne pouvez vous en apercevoir car rien n'émane du bout libre (habituellement appelé le point d'impasse) — ce mirroir-là est parfait.
Maintenant imaginez que le laser est allumé et que vous tentez de le plier (NE TENTEZ PAS ça chez vous ; vous vous brûlerez les doigts ou pire). Alors trois choses se passent, chacune ayant toute son importance.
En premier, le filament essaiera de se redresser. Pourquoi le fait-il ? Croyez-le ou non, la lumière éclairant une surface y exerce une pression. Incroyablement minuscule, certes, mais elle est là. Et beaucoup de lumière exerce un petit peu de pression, et une énorme quantité de lumière exerce une pression conséquente. Et on parle de TeraWatts là. Donc le filament est comme un tuyau d'arrosage avec un bout fermé et l'autre connecté à un robinet d'eau ouvert avec assez de pression. La force avec laquelle il résiste n'est pas bien grande, mais elle est là.
En second, vous penseriez que le laser s'arrêterait car la lumière fuirait, mais ce n'est pas le cas. Les photons dans le filament rebondissent sur la paroi quand ils la frappent, et retournent dans le laser, comme dans les fibres optiques classiques. Cet effet est important pour que le laser continue de fonctionner.
Le troisième effet est un peu plus bizarre, et se rapporte à ce qui se passe exactement quand un photon frappe la paroi interne du filament. Plus haut nous disions qu'il rebondit sur la paroi, mais pourquoi le fait-il ? Pourquoi ne traverse-t-il pas la paroi pour s'envoler dans les airs, où il peut se propager bien plus rapidement que dans le verre ? Eh bien c'est précisément ça qui compte : le photon est un paquet d'onde, et dès qu'une partie du paquet d'onde passe du verre à l'air, elle accélère par rapport au reste du paquet d'onde resté dans le verre. Donc la partie à l'extérieur prend de l'avance sur la partie à l'intérieur, mais comme elles forment ensemble un unique paquet d'onde elle ne peuvent se séparer. Et en fonction de l'angle auquel les photons frappent la paroi, soit la partie extérieure tire la partie intérieure dans l'air (pour des angles directs), soit la partie intérieure ramène la partie extérieure en sécurité dans le verre (pour des angles obliques). Ce que sont exactement un angle direct et un angle oblique dépend des coefficient de réfraction du verre et de l'air, mais dans notre filament plié il est garanti que tous les angles seront obliques, donc tous les photons sont rappatriés dans le filament.
Ce phénomène s'appelle la réflection totale et est en fait connu depuis le milieu du XVIIième siècle. Il peut être observé dans de multiples situations de vie plus ou moins quotidienne : quand vous regardez dans un verre d'eau posé sur une table éclairante, l'intérieur du verre reflète comme un très bon miroir argenté au lieu de vous laisser voir à travers ; et quand vous êtes au fond d'une piscine et regardez vers le haut, la surface de l'eau juste au-dessus de vous est transparente, mais quand vous la regarez sous un angle oblique elle miroite comme du mercure.
Nous voyons donc que la réflection totale empêche le laser courbé de s'éteindre en gardant les photons à l'intérieur — mais pas tout à fait. À tout moment des photons s'aventurent hors du filament et sont redirigés vers l'intérieur, de sorte qu'une partie d'eux est hors du filament, comme le montre la figure ci-dessus. Donc le bord extérieur du laser est entouré d'une couche de lumière d'épaisseur microscopique. Cet effet est très important pour faire du sabre laser une arme formidable.
Maintenant on avance. La lame du sabre laser au repos consiste de plusieurs milliers de ces filaments lasers, tous tressés en boucles d'environ 2,5 cm de diamètre. La moitié est enroulée dans le sens horaire, l'autre dans le sens antihoraire, et ils s'entrelacent comme les fils d'une mèche. Tous les points d'entrée sont connectés à des sources d'énergie, tous les points d'impasse sont simplement attachés en cercle à une plaque de céramique, et le tout réside dans le haut de la poignée, couvert par la plaque, l'air innocent.
Mais dès que le Jedi active l'alimentation dans la poignée, de l'énergie (beaucoup d'énergie) est pompée dans les filaments, et dans chacun d'entre eux commence la réaction laser. Comme les pertes d'énergie dans le verre sont très faibles et qu'aucune énergie n'est perdue au point d'impasse, il est possible d'accumuler rapidement de très hauts niveaux de luminosité. Vous devrez penser en termes d'entre ??? et ??? Teralumens là. Alors que l'intensité lumineuse augmente, la pression lumineuse grandit dans chaque filament, qui essaie de dénouer la tresse dans laquelle il se trouve. Mais la tresse ne peut simplement se redresser à cause du motif selon lequel les filaments s'entrelacent, donc ils s'étirent dans la seule direction possible, latéralement. Cela fait émerger la tresse comme une mèche hors de la poignée, et comme nous le savons tous la lame du sabre laser atteint sa longueur maximale de 80 cm en à peu près 0,3 seconds.
Donc ce que nous voyons comme une colonne de lumière est en fait un cylindre creux fait de milliers de filaments de verre, chacun positionné en spirale, chacun soutenu par sa pression lumineuse interne et par tous les autres filaments. Mais alors pourquoi le voyons-nous comme un trait de lumière, si aucun photon ne quitte les filaments à cause de la réflection totale ? Comme expliqué au-dessus, bien que les photons ne quittent pas définitivement les lasers, ils passent un peu à l'extérieur avant d'être reflétés vers l'intérieur. Chaque photon pointant ainsi son nez crée un petit champ électromagnétique, et ensemble (on parle d'environ 10??? photons là !) ils sont assez puissants pour ioniser l'air alentour ; et l'air ionisé envoie la lumière que nous voyons. Ce champ composé s'appelle un champ d'aura. Ioniser l'air constitue une légère perte d'énergie, mais elle est négligeable comparé à l'énergie contenue dans la lame entière.
C'est le champ d'aura qui fait que la lame du sabre laser coupe et qui la rend si extrêmement dangereuse. Tout ce qu'elle touche est chauffé à 4000 voire 5000 °C en quelques millisecondes, en fonction des propriétés du matériau. Et nous savons tous ce que ça peut faire !
Maintenant nous pouvons aussi comprendre certaines autres propriétés du sabre laser. Quand il est agité dans l'air, l'air passe à travers les mailles de la tresse de filaments (les filaments sont si fins que c'est surtout des trous), se fait ioniser en entrant, et dé-ioniser quand il sort. Ceci cause le woosh que vous entendez pendant les combats. Aussi, les filaments sont si fins et si écartés (relativement parlant), que les rayons des armes à énergie les affectent à peine et passent simplement à travers.
Comme la gigantesque énergie de la lame n'est pas dépensée tant que rien n'entre dans le champ d'aura et ne détourne les photons hors des lasers courbés, la lame n'est pas chaude au sens normal du terme. Elle émane simplement la chaleur d'un plasma normal, comme un tube fluorescent domestique. Mais contrairement à ce dernier il n'y a aucun tube de matériau fluorescent autour, et elle ne compte donc pas vraiment comme une source de lumière.
Il est moins connu, et parfois nié, que la "lame" d'un sabre laser n'est pas rigide mais plutôt flexible et donne la sensation d'un bâton en caoutchouc raide ; après tout ce n'est mécaniquement qu'une mèche de fibres de verre maintenues en place par la pression lumineuse. Normalement vous ne voyez pas ça car la lame est si légère qu'elle suit les mouvements du sabreur immédiatement, et, quand elle touche une chose, elle est si destructive qu'elle l'a déjà coupée avant de se plier. Mais si vous frappez par exemple un mur de pierre ou d'acier avec, elle prendra un peu et ploiera selon les contours de l'objet, prolongeant ainsi le temps de contact jusqu'à plusieurs centaines de millisecondes, assez pour condamner n'importe quelle substance connue à l'oubli. Un avantage supplémentaire est qu'il n'y a pas de "retour de force" dans les mains, comme il peut y en avoir avec une batte de base-ball quand vous frappez une chose très dure avec.
Il est encore moins connu, et était pendant longtemps gardé semi-secret, que la lame d'un sabre laser peut relativement aisément être compressée selon son axe, dans le sens de la longueur. Quand cela arrive, le désastre est proche : la monstrueuse énergie contenue dans la lame est compressée dans un plus petit volume, augmentant la proportion d'énergie par volume. Plus particulièrement, si un sabre allumé tombe sur sa pointe d'une hauteur suffisante, ou qu'il est d'une quelconque façon repoussé complètement dans son pommeau, alors l'arme explose, emportant avec elle de considérables parties des alentours, créant une de ces situation où l'absence de corps est préférable à la présence d'esprit. Il y a des protections en place : 1. en temps normal, le sabre s'éteint aussitôt que son propriétaire le lâche ; 2. certains sabres ont un système de barre transversale interne en titane qui se vérouille quand la lame est allongée au maximum. Mon conseil : ne comptez pas là-dessus.
Peu d'études ont été faites sur le comportement de la lame sous l'eau. Il y a ébullition et éclaboussures, mais rien qui indique le réel pouvoir destructif de l'arme. La théorie prévalante est qu'une fine couche de vapeur se forme immédiatement autour, empêchant le reste de l'eau d'entrer en contact, de même que la fine couche d'oxyde d'aluminium empêche de l'aluminium exposé à l'air de s'oxyder davantage. Mais de nouvelles études pourraient prouver le contraire.
Une autre propriété est qu'un sabre laser dans le vide est presque invisible, mais fonctionne toujours. Il n'y a pas d'air à ioniser par le champ d'aura pour qu'il émette de la lumière, mais le champ d'aura est là néanmoins et accomplira son travail dévastateur sur quoi que ce soit qui s'en approche assez. Inutile de le dire, un sabre laser dans le vide ne fait pas woosh.
Lorsque le sabre laser est éteint, les lasers arrêtent de fonctionner, la pression lumineuse disparaît, et tous les filaments s'enroulent de nouveau dans la poignée. Toute l'énergie stockée dans les lasers est réabsorbée par l'alimentation dans la poignée, un autre exploit ne pouvant être réalisé que par la technologie Jedi.
[Anglais]
Notes of the Katcon 2012 Lecture
[Néerlandais]
Aantekeningen bij de lezing op Katcon 2012