Aujourd’hui, tout événement majeur comprend un spectacle laser élaboré. Les projections laser sont utilisées à l’occasion de salons professionnels, dans la publicité, dans l’art et lors d’événements architecturaux. Ces jeux de lumière magiques sont obtenus grâce à une technologie très complexe qui, pour bon nombre des installations les plus spectaculaires, est fournie par la société berlinoise LaserAnimation Sollinger. Les moteurs de FAULHABER, situés à l’intérieur des projecteurs laser de l’entreprise, jouent un rôle important pour l’alignement des faisceaux et la création d’effets.
Attention : risque d’addiction ! Une fois que vous aurez cliqué sur les exemples de projets du site internet de LaserAnimation Sollinger, vous aurez peut-être du mal à repartir. Et encore, les photos et les vidéos sur l’écran de l’ordinateur ne parviennent pas réellement à restituer l’effet réel des projections laser sur place lors d’une représentation.
On y trouve par exemple le projet « Global Rainbow » (Arc-en-ciel mondial) de l’artiste Yvette Mattern : à Berlin, sept faisceaux laser très puissants et aux couleurs de l’arc-en-ciel se dirigent vers le ciel depuis la Ernst-Reuter-Platz en direction de la Colonne de la Victoire et transforment l’atmosphère de tout le centre-ville. Il y a également le projet « Another Moon » (Une autre lune) du duo d’artistes Kimchi and Chips : une deuxième lune apparaît dans le ciel, au-dessus du complexe industriel de Zollverein à Essen. Ou encore le spectacle au rythme effréné de la cérémonie de clôture des Jeux olympiques d’hiver de Pyeongchang. Et ce ne sont là que quelques exemples parmi tant d’autres.
Un pPointeur lumineux de quatre millimètres de diamètre
Les effets lumineux, souvent surprenants et parfois époustouflants, reposent sur les qualités uniques du faisceau laser. En termes d’intensité, de focalisation du faisceau et de portée, il surpasse largement les faisceaux lumineux provenant d’autres sources artificielles. En revanche, le laser est soumis à des limites optiques et techniques, comme l’explique Richard Schäfer, directeur des ventes : « Le faisceau est généralement très petit. Avec nos appareils, son diamètre est habituellement d’environ 4 millimètres. Ainsi, seul un petit point apparaît sur une surface de projection. »
Pour créer un motif tel qu’un logo, un lettrage ou des images animées de type dessin animé, la projection laser mise sur l’inertie de l’œil humain. Pour être plus précis, il s’agit du traitement de l’image dans le cerveau, qui crée également un déroulement continu à partir de 24 images par seconde dans un film. Si le faisceau laser se déplace suffisamment vite, la personne « voit » l’animation projetée au lieu d’un point lumineux en mouvement. Pour ce faire, le faisceau du projecteur est dévié au moyen de deux miroirs, l’un pour l’axe x et l’autre pour l’axe y. Son mouvement est induit électromagnétiquement et atteint une très grande vitesse.
Une autre restriction s’applique à la couleur. La couleur d’un laser dépend du matériau actif dans lequel le faisceau est généré. Dans le cas de la projection laser, il s’agit du semi-conducteur, car on utilise des diodes laser ou des sources OPSL de Coherent. Les diodes laser ne peuvent toutefois produire que quelques couleurs de base, principalement le rouge, le vert et le bleu. Les appareils haut de gamme de LaserAnimation Sollinger disposent aussi de sources OPSL de Coherent pour le jaune, l’orange et le cyan. Pour produire un faisceau blanc, les faisceaux de plusieurs couleurs doivent être « superposés de manière colinéaire ». Il en va de même pour les autres couleurs : Pour produire les différentes nuances de la palette entière, l’intensité de chaque faisceau est modulée.
Pas même un centième de degré d’écart n’est autorisé.
La difficulté consiste à superposer de manière aussi colinéaire que possible les différentes sources laser, chacune avec une longueur d’onde différente. Plus cette opération est précise, plus le faisceau final sera net et précis pour l’œil humain. Pour ce faire, on utilise des filtres optiques spéciaux, appelés « filtres dichroïques », qui vont dévier certaines longueurs d’onde, tandis que d’autres longueurs d’onde (couleurs) vont traverser la filtration de verre. Ainsi, différents faisceaux laser peuvent être superposés pour former un seul faisceau. Ce qui ressemble à un faisceau « blanc » pour l’œil humain est donc en fait la combinaison de sources rouges, vertes et bleues.
Mais cela ne fonctionne que si les faisceaux restent très précisément et surtout longtemps ensemble, et ce même à grande distance, car les installations laser doivent souvent être visibles à des centaines de mètres, voire à plusieurs kilomètres. Il faut donc ajuster les filtres dichroïques avec une précision adéquate, comme l’explique Richard Schäfer : « Un écart d’un centième de degré se traduit par un décalage de 1,7 centimètre pour cent mètres. Cela signifie que les couleurs individuelles ne se superposent plus et ne peuvent plus être distinguées par l’œil humain. L’effet de mélange des couleurs disparaît. »
Il n’est pas rare qu’un appareil de LaserAnimation Sollinger quitte l’usine de Berlin pour être installé le lendemain, par exemple pour un spectacle laser sur la tour Burj Khalifa à Dubaï. Après les moins vingt degrés du vol cargo, le boîtier se réchauffe à soixante degrés ou plus sous le soleil du désert. Malgré des matériaux de grande qualité et une technique de fixation sophistiquée, une certaine déformation de l’optique est alors inévitable. Cela signifie que la position des filtres dichroïques doit parfois être légèrement réajustée. Pour ce faire, les supports de miroirs dichroïques sont équipés d’un entraînement : des moteurs C.C. sans balais de FAULHABER avec réducteurs intégrés assurent le réglage fin contrôlé par logiciel avec une précision d’au moins un millième de degré.
Des réseaux optiques pour des effets époustouflants
Un autre moteur assure la protection. Pour éviter que la lumière laser intense atteigne l’œil humain de manière incontrôlée, les projecteurs sont équipés d’un mécanisme de coupure à deux niveaux. Outre le circuit de protection électronique, ils disposent également d’un obturateur mécanique pour les cas d’urgence. Le volet de cet obturateur est maintenu ouvert par un aimant rotatif motorisé pendant le fonctionnement normal. En cas de panne, le circuit de sécurité arrête le moteur et laisse ainsi tomber le volet dans la sortie du faisceau.
D’autres entraînements de FAULHABER sont encore employés dans le module de réseau de diffraction. Le réseau de diffraction est un élément optique qui utilise la déviation des rayons lumineux lorsqu’ils traversent des fentes très fines. Outre des faisceaux et des graphiques, un projecteur laser peut également produire des motifs et des effets variés, tels qu’une sorte d’aurore boréale artificielle ou les formes abstraites et flottantes du projet « Destructive Observation Field » (Champ d’observation destructeur) de Robert Henke : un objet lumineux en constante évolution qui ressemble à un mélange de brouillard cosmique et de structure cellulaire biologique et reflète en quelque sorte le microcosme et le macrocosme. Les effets peuvent être mis en scène non seulement sur un écran de projection, mais aussi en suspension libre dans l’espace.
Les roues du module de réseau de diffraction sont mises en position par des moteurs pas à pas afin de sélectionner un réseau spécifique pour la projection. Les réseaux circulaires eux-mêmes sont mis en mouvement par des moteurs C.C. sans balais, ce qui crée un effet optique propre pouvant aller d’un frétillement sauvage à une modification méditative de l’image à la vitesse d’un escargot.
Des exigences très élevées pour les entraînements
« Pour ce type d’effets, nous utilisons souvent plusieurs projecteurs, explique Richard Schäfer. Ils ne peuvent déployer leurs effets que si les réseaux se déplacent de manière totalement synchrone, que ce soit à la vitesse la plus élevée ou la plus faible, ainsi qu’en mode marche/arrêt avec des changements de direction constants. » Les projecteurs et les modules de réseaux de diffraction sont truffés de technologie, ce qui signifie que l’espace de montage est extrêmement restreint. Seuls de très
petits moteurs peuvent y être logés.
Une précision et une reproductibilité maximales sont des exigences minimales supplémentaires. Les réducteurs sans jeu intégrés jouent ici en rôle important. Interrogé sur le début de la collaboration avec FAULHABER, Richard Schäfer répond que cela devait être avant son époque arrivée et, en cherchant la toute première commande, il tombe sur l’année 2003. Cela signifie que les moteurs FAULHABER ont su faire leurs preuves depuis vingt ans pour cette application exigeante : « Nous construisons des appareils haut de gamme pour des projections laser. Pour ce faire, nous avons besoin d’entraînements de même niveau. »
Encadré : Encadré sur l’entreprise : Les experts des entraînements
FAULHABER est spécialisé dans le développement, la production et l’exploitation de systèmes d’entraînement miniatures de haute précision, de composants d’asservissement et de commandes d’une puissance utile pouvant atteindre 200 watts. La société réalise également des solutions clients complètes et propose une large gamme de produits standards, tels que moteurs sans balais, micromoteurs C.C., codeurs et contrôleurs de mouvement. La marque FAULHABER est synonyme dans le monde entier de qualité et de fiabilité dans des domaines d’application complexes et exigeants tels que les technologies médicales, l’automatisation industrielle, l’optique de précision, les télécommunications, l’aéronautique et l’aérospatiale ainsi que la robotique. Du moteur C.C. performant avec un couple continu de 200?mNm au micro-entraînement filiforme avec un diamètre extérieur de 1,9?mm, la gamme standard de FAULHABER comprend plus de 25 millions de possibilités pour assembler un système d’entraînement optimal pour une application. Ce module technologique constitue également la base des modifications permettant de répondre aux souhaits particuliers des clients concernant les modèles spéciaux.
