Laser TEA

J'espère que ça sera bien vulgarisé et compréhensible, si c'est pas le cas, alors je m'en excuse.

La théorie

Un laser TEA ? Quésaco ? Un "Transversely Excited Atmospheric Laser" est un type de laser inventé par un charmant physicien québécois, Jacques Beaulieu. Son nom (bien trop long) explicite plus ou moins son fonctionnement: laser à décharge électrique transversale dans un gaz à pression atmosphérique.
En gros, on peut imaginer deux électrodes (des plaques en métal par exemple) assez longues placées de manière parrallèle. Ensuite, une décharge électrique très rapide et à haute tension se produit entre les deux électrodes, ce qui va énergiser le gaz (souvent à pression atmosphrérique) se trouvant entre celles-ci .
Ensuite, ce qui va permettre à l'air de produire directement un rayon laser sans qu'aucun miroir ne soit utilisé (contrairement aux autres types plus communs de lasers) c'est la capacité de celui-ci à la superradiance. On définit la superradiance comme une émission de rayons lumineux faite de manière cohérente par des atomes excités (ici de diazote, le gaz le plus abondant dans l'air). Une fois le gaz énergisé, les atomes vont, en se dé-excitant, libérer leur énergie sous forme de photons formant des rayons lumineux parallèles (mathématiquement, ils ont la même direction) et ayant le même sens. Car nous utilisons du diazote, les rayons lumineux libérés ont une longueur d'onde d'environ 337.1 nm, ce qui fait partie des ultraviolets.

La pratique

Pour alimenter notre laser en haute tension, je vais utiliser un transformateur d'allumeur pour brûleur à fioul qui délivre environ 15 kV à 50 mA. Grâce à un pont de diodes (dont je n'expliquerais pas le fonctionnement ici mais dans une leçon sur l'électronique), le courant alternatif devient continu. Cependant, le laser requiert, comme expliqué précédemment, non pas un courant continu mais des décharges rapides. Ainsi, on va utiliser des condensateurs et ce que l'on appelle un "spark gap" ou en français un éclateur. C'est lui qui va nous permettre de définir jusqu'à quelle tension les condensateurs se chargent. Deux électrodes sont plus ou moins séparées par un gaz (ou par de l'air). Tant que la tension n'est pas assez élevée pour ioniser le gaz et pour franchir l'espace entre les électrodes, les condensateurs se chargent. Une fois ce seuil atteint, ils vont se décharger en formant un arc électrique entre les électrodes.
Les deux électrodes du laser (pas de l'éclateur), sont chacune reliée à un condensateur. De plus, ces deux condensateurs partagent une même masse. On relie aussi les pôles positifs entre eux avec un inducteur (une "bobine"). Ainsi, lorsque l'arc électrique se fait à l'éclateur, les condensateurs essayent de s'égaliser, mais l'inducteur étant "mou" à cause du champ électromagnétique qu'il crée (il limite le passage du courant), le courant électrique va passer entre les deux électrodes du laser (pas de l'éclateur) et va énergiser le gaz.
Une fois cela fait, les condensateurs sont déchargés, et vont à nouveau pouvoir se charger et ainsi de suite, ce qui "génère" donc des décharges électriques en boucle tant que le transformateur est alimenté.
Note: A la place d'un inducteur on pourrait utiliser une résistance de 100kΩ-1MΩ pour limiter l'intensité mais elle risque de vite griller...
Note 2: L'inducteur/la résistance permettent aussi de fair un pont entre les deux condensateurs afin que les deux se chargent (car ici on alimente que par un côté)

Le test

Pour former les condensateurs, on utilise du papier alu et n'importe quel film plastique fin qu'on a sous la main en guise de diélectrique (isolant du condensateur). Pour ma part, j'ai utilisé des feuilles fines de polyéthylène qui traînaient. Pour faire les électrodes du laser, du profilé alu en L fera très bien l'affaire. L'espace entre elles doit être d'environ 1 mm (il faut faire des tests pour que les arcs se fassent sur toute la longueur des électrodes). Pour le spark gap, j'ai coupé deux petits bouts de profilé alu en L que je poserais sur les condensateurs. Dans un des deux bouts j'ai vissé un boulon poêlier (en alu aussi) pour que l'éclateur soit plus en hauteur:

Pour faire l'inducteur j'ai utilisé du fil de cuivre 2.5 mm² pour le secteur (18-22 tours, environ 10µH):

Pour limiter l'intensité du courant dans le laser et éviter complètement exploser le diélectrique, j'ai fait une résistance 1MΩ de 10-12W (qui a fini par griller) avec ce que j'ai trouvé:

Le transformateur et le pont de diode (que j'avais précédemment utilisé pour mon Fusor de démonstration):

L'installation globale (le pot en céramique et les bouteilles servent juste de poids pour éviter que ça bouge une fois mis en place):

Pour pouvoir voir les UVs, j'ai fait une solution de fluorescéine (qui émet de la lumière visible si excitée par des ultraviolets, et non c'est pas de la pisse et en plus c'est papa qui l'a synthétisée :}):

Voilà un "plan" hyper crade fait sous MS Paint (chut, et la diode est pas nécessaire en DC):

Des rayons capturés (celle dans le noir est pas top à cause du clignotement pendant la marche et de l'APN):

Le laser a plutôt bien marché au début, puis les résistances et le diélectrique ont commencé à merder (ça se voit) donc j'ai fait deux petites vidéos in extremis avant que plus rien ne marche du tout (attention les oreilles ça fait beaucoup de bruit):