Brevet FR2977513A1 — publié le 20130111

L'invention concerne un procédé de découpe par faisceau laser d'une pièce métallique, notamment en acier au carbone ou en acier inoxydable, en mettant en oeuvre un faisceau laser ayant une distribution d'intensité de type gaussienne, en particulier un faisceau laser obtenu au moyen d'une source laser â fibres ou â disques. La découpe par faisceau laser de pièces métalliques de forte épaisseur, c'est-à-dire typiquement de 4 mm et plus pour les pièces en acier inoxydable, et de 8 mm et plus pour celles en acier doux, est compliquée au plan industriel, en particulier lorsque cette découpe doit être opérée au moyen d'un laser â fibres ou â disques. Tout d'abord, pour cette gamme d'épaisseurs d'au moins 4 mm, il est fréquemment rapporté que de meilleurs résultats de découpe, en termes de vitesse et de qualité des faces de découpe, sont obtenus avec des lasers COz plutôt qu'avec des lasers â fibres ou â disques. En effet, l'absorptivité des alliages ferreux en fusion est différente pour la longueur d'onde de 10.6 gm du laser COz et pour la longueur d'onde de 1.07 gm du laser â fibre d'ytterbium ou du laser â disque Yb : YAG. Lorsque l'épaisseur du matériau â couper croît, l'absorptivité de la longueur d'onde COz devient plus grande que celle de la longueur d'onde fibre, et le dépôt d'énergie sur le front de découpe devient alors moins efficace en coupage avec une source laser fibre ou â disque qu'en coupage avec une source laser COz. Il est donc nécessaire d'améliorer les performances du procédé de coupage laser avec faisceau généré par une source laser â fibre ou â disque, c'est-à-dire augmenter les vitesses de découpe et générer des saignées de découpe sans ou avec un nombre réduit de bavures adhérentes et/ou des faces de coupe bien droites et/ou sans défauts, en particulier sur les pièces métalliques présentant de fortes épaisseurs. Une première solution pour tenter d'améliorer les performances d'un procédé de coupage par laser â fibre ou â disque est d'augmenter efficacement l'intensité laser, ou la densité de puissance laser, déposée sur la tôle â découper. De cette façon, on augmente la température du métal fondu ce qui le rend plus fluide et plus facile â chasser hors de la saignée. Pour cela, il peut paraître évident d'augmenter la puissance laser émise par la source ou, â puissance égale, de réduire le diamètre du faisceau focalisé sur la tôle. Cependant, augmenter la puissance laser d'une source existante n'est pas une solution acceptable. En effet, il faut prévoir d'intégrer â l'installation de coupage une source laser de puissance plus importante, ce qui engendre des coûts de production plus élevés et n'est pas une manière efficace d'améliorer les performances du procédé de coupage. Par ailleurs, réduire le diamètre de faisceau focalisé engendre une augmentation de l'intensité déposée sur la tôle mais n'est pas forcément souhaitable. En effet, cela implique que la largeur de la saignée de découpe ainsi créée s'en trouve inévitablement réduite, ce qui nuit â l'évacuation du métal fondu par le gaz d'assistance et ne favorise pas un coupage efficace des matériaux, c'est-à-dire rapide et sans bavures, en particulier des pièces métalliques d'au moins 4 mm. A titre d'exemple, la Figure la illustre, â puissance laser constante, la modification d'une distribution d'intensité de type gaussien ou pseudo-gaussien DG1, comme celles habituellement utilisées dans les installations de coupage par laser â fibre d'ytterbium ou â disque Yb : YAG, en une distribution d'intensité DG2 plus étroite obtenue, par exemple, grâce â l'utilisation d'une lentille de focalisation de longueur focale plus courte. Une autre solution pour tenter d'améliorer les performances d'un procédé de coupage par laser â fibre ou â disque sur fortes épaisseurs est d'augmenter le diamètre du faisceau focalisé sur la tôle pour que la saignée de découpe produite soit plus large. On s'attend â ce que cet élargissement favorise l'injection du gaz d'assistance dans la saignée et par conséquent son efficacité sur le métal fondu â chasser. Or, â puissance égale, avec les profils de faisceaux gaussiens ou pseudo-gaussiens des lasers â fibre d'ytterbium ou â disque Yb : YAG, cet élargissement s'accompagne inévitablement d'une réduction de la densité de puissance déposée sur la tôle et le bénéfice dû â l'élargissement de la saignée est amoindri par le manque d'intensité déposée sur la tôle. A titre d'exemple, la Figure lb illustre, â puissance laser constante, la modification d'une distribution d'intensité gaussienne DG1 en une distribution d'intensité gaussienne DG2 plus large obtenue, par exemple, grâce â l'utilisation d'une lentille de focalisation de plus grande longueur focale. On peut voir que l'intensité au centre du faisceau est réduite, sans que l'intensité dans la périphérie du faisceau ne soit augmentée significativement. Dès lors, il apparaît nécessaire de pouvoir élargir la saignée de découpe en élargissant le diamètre de faisceau et, pour que cet élargissement ait un impact sur la largeur de la signée ouverte, en ayant des valeurs d'intensité suffisamment importantes en périphérie de ce dernier. Au vu de cela, il a déjà été proposé de passer d'une distribution d'intensité gaussienne â une distribution d'intensité en anneau. Ainsi, les inventeurs de la présente invention ont mis en évidence dans une précédente demande de brevet n° FR 1055147 qu'en modifiant le profil de distribution d'intensité en sortie de source laser de manière â transformer le profil gaussien généré au sein de la source laser pour obtenir un profil de type en anneau avec partie centrale creuse ou évidée, on peut considérablement améliorer les performances des procédés de coupage utilisant une source laser â fibre, en particulier â fibre d'ytterbium, ou â disque, sans augmenter la puissance laser disponible. En effet, utiliser un faisceau laser présentant une distribution spatiale d'intensité en anneau, i.e. TEMoi* ou de type « ring» en anglais, à partie centrale creuse permet de répartir l'énergie du faisceau laser plus efficacement sur la tôle à découper. L'énergie laser étant concentrée en périphérie du faisceau et non plus dans le centre, il est possible d'augmenter le diamètre de faisceau tout en ayant en périphérie une densité d'énergie focalisée sur la tôle suffisante pour fondre le matériau à couper et générer une saignée plus large pour obtenir une injection plus efficace du gaz d'assistance. La Figure l c illustre, à puissance laser constante, la modification d'une distribution d'intensité gaussienne DG1 en une distribution d'intensité du type anneau ou « ring » DR2. Dans ce dernier cas, à la différence du cas présenté sur la Figure lb, il est possible d'obtenir un élargissement de la distribution d'intensité du faisceau laser s'accompagnant d'une augmentation significative de l'intensité en périphérie du faisceau. La saignée de découpe ouverte est ainsi plus large. La diffusion par conduction de la chaleur transmise au matériau par le faisceau permet de palier à la diminution de l'intensité dans la partie centrale du faisceau. Or, le profil d'intensité d'un faisceau laser est un paramètre imposé par les caractéristiques de la source laser et de la (ou des) fibre(s) optique ou disque(s) émettant le faisceau laser au sein de ladite source. Les faisceaux émis par les lasers à fibre d'ytterbium ou à disque Yb:YAG de fortes puissances, c'est-à-dire d'au moins 1 kW, ont typiquement un profil de distribution d'intensité de type gaussien ou pseudo-gaussien, c'est-à-dire de type «en cloche » sans partie centrale creuse, ou de type « top-hat », c'est-à-dire uniforme et également sans partie centrale creuse. De là, pour pourvoir obtenir un profil en anneau, il est nécessaire de modifier le profil en aval de la source laser à fibres ou à disques. Pour ce faire, le document US-A-7,259,907 a proposé de remplacer la ou les fibres utilisées au sein d'une source laser à fibre par une ou des fibres particulières permettant de générer un faisceau non pas gaussien mais en anneau. Toutefois, devoir remplacer les fibres de la source laser par de telles fibres à structure particulière n'est pas pratique, ni aisé. De plus, le coût de fabrication de telles fibres est plus élevé que celui des fibres standards. Enfin, ceci ne résout pas le problème des sources laser à fibre existantes et encore moins celui des sources laser à disques. Par ailleurs, le document US-A-2010/0176103 enseigne un système optique formé de lentilles coniques ou à surfaces coniques, i.e. axicons, encore appelées prismes à symétrie de révolution, avant l'optique de focalisation de la tête de découpe pour produire un faisceau laser dont l'énergie est répartie en anneau. Toutefois, aucune précision n'est donnée quant â la composition exacte et la forme de la (ou des) surface(s) conique(s) de ce système optique. Or, ces paramètres ont une influence importante sur les caractéristiques de la répartition en anneau produite et sur sa mise en oeuvre en vue de l'amélioration du procédé de découpe. De plus, lorsque le système optique servant â produire un faisceau laser dont l'énergie est répartie en anneau est constitué de deux axicons, c'est-à-dire de deux lentilles coniques possédant chacune au moins une surface conique, comme illustré sur la Figure 5 du document US-A-2010/0176103, la mise en forme de la distribution d'intensité en anneau est effective en aval et en amont du plan de focalisation du faisceau. Toutefois, ce type de système optique â deux axicons n'est pas commode â mettre en oeuvre dans une tête de découpe par laser â fibre ou â disque et l'est encore moins dans une tête de découpe déjà existante. En effet, il est nécessaire de laisser une certaine distance entre les deux lentilles coniques, ce qui augmente l'encombrement et le poids de la tête de découpe laser. De plus, le fait d'avoir deux optiques insérées sur le trajet du faisceau laser augmente l'amplitude du phénomène de dérive du point focal et le risque d'endommagement laser des optiques. Le cas échéant, il est nécessaire d'intervenir pour remplacer la ou les optiques endommagées, ce qui nuit à la productivité de l'installation de découpe. Enfin, les coûts du système optique à deux éléments mais également du support mécanique spécifique à prévoir augmentent le coût global de la tête de découpe laser. Au vu de cela, le problème qui se pose est de pouvoir découper efficacement des pièces métalliques d'au moins 4 mm d'épaisseur, par faisceau laser émanant d'un laser à fibres ou à disques dont le profil est de type en anneau, de manière à pouvoir obtenir une coupe de matériaux d'au moins 4 mm sans bavure et rapide. En d'autres termes, le problème à résoudre concerne la découpe laser de pièces métalliques de forte épaisseur, typiquement 4 mm et plus pour les pièces en acier inoxydable et 8 mm et plus pour celles en acier doux. La solution est alors un procédé de découpe par faisceau laser d'une pièce à couper, en particulier une pièce d'au moins 4 mm d'épaisseur, dans lequel : a) on génère un faisceau laser ayant une distribution d'intensité de type gaussienne au moyen d'une source laser à fibre ou à disque, en particulier un faisceau laser émanant d'un dispositif laser à fibres contenant de l'ytterbium ou de l'erbium, b) on modifie le faisceau généré par la source laser, après sa sortie de la source laser, de manière à obtenir un faisceau laser à distribution d'intensité du type en anneau avec partie centrale creuse et c) on découpe la pièce au moyen dudit faisceau laser â distribution d'intensité en anneau obtenu â l'étape b), caractérisé en ce qu'à l'étape b), on modifie la distribution d'intensité du faisceau par passage dudit faisceau laser au travers d'une lentille conique ou sphéro-conique unique permettant d'obtenir une distribution d'intensité du type anneau, i.e. TEMoi* ou « ring » en anglais. Selon le cas, le procédé de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - on modifie la distribution d'intensité du faisceau au moyen d'une lentille conique ou sphéro-conique unique conçue pour ajuster la distribution d'intensité du faisceau laser généré par la source laser fibre, ladite lentille conique ou sphéro-conique unique étant agencée sur le trajet du faisceau laser, en aval de ladite source laser à fibre. - le faisceau laser généré par la source laser est convoyé par une fibre de convoyage jusqu'à une tête de focalisation, ladite lentille conique ou sphéro-conique unique étant agencée en aval de la fibre de convoyage de faisceau laser. - le faisceau laser généré par la source laser est convoyé par une fibre de convoyage, puis traverse successivement un moyen optique de collimation et un moyen optique de focalisation, ladite lentille conique ou sphéro-conique unique étant agencée entre le moyen optique de collimation et le moyen optique de focalisation, de préférence ladite lentille conique ou sphéro-conique unique est agencée dans la tête de focalisation. - le faisceau laser a un BPP compris entre 0.33 et 25 mm.mrad, de préférence inférieur ou égal à 10 mm.mrad, et/ou supérieur ou égal à 1 mm.mrad, de préférence encore entre 2 et 6 mm.mrad. - le faisceau laser a un diamètre caractéristique dans le plan focal compris entre 100 et 25 500 µm. - ladite lentille conique ou sphéro-conique unique est apte à et conçue pour produire un faisceau laser dont la distribution d'intensité en anneau comprenant des maxima d'intensité situés de part et d'autre de l'axe de propagation du faisceau et séparés entre eux d'une distance comprise entre 30 et 95% du diamètre caractéristique du faisceau, de préférence entre 50 et 30 95% du diamètre caractéristique du faisceau. - ladite lentille conique ou sphéro-conique unique est apte à produire un faisceau laser dont la distribution d'intensité en anneau comprend une partie centrale creuse, l'intensité du faisceau au niveau de son axe de propagation étant inférieure à 50% de la valeur des maxima des pics d'intensité situés de part et d'autre de l'axe de propagation du faisceau, typiquement 35 inférieure à 30%, de préférence inférieure à 10%. - la source laser à fibre servant à générer le faisceau laser est couplée à au moins une fibre optique de convoyage de faisceau permettant de véhiculer le faisceau laser depuis la source laser jusqu'à une tête de focalisation laser. - le faisceau laser est transporté par au moins une fibre optique de convoyage jusqu'à une tête de focalisation comportant au moins une optique de focalisation, par exemple un ou plusieurs miroirs ou lentilles de focalisation. - on focalise le faisceau laser au moyen de l'optique de focalisation de manière à obtenir un faisceau laser focalisé. - on découpe la pièce au moyen du faisceau laser focalisé, aussi appelé faisceau laser de découpe. - on découpe une pièce d'au moins 4 mm d'épaisseur. - on met en oeuvre au moins une optique de collimation de faisceau pour rendre parallèle, i.e. collimaté, le faisceau divergent entrant dans la tête de focalisation et au moins une optique de focalisation pour focaliser le faisceau. Le faisceau traverse successivement l'optique de collimation puis celle de focalisation, en particulier des lentilles de collimation et de focalisation. - ladite lentille conique ou sphéro-conique unique d'ajustement de distribution d'intensité du faisceau est apte à et conçue pour obtenir un faisceau laser focalisé dont la distribution d'intensité est en anneau et présente en outre un BPP compris entre 0.33 et 25 mm.mrad, de préférence inférieur ou égal à 10 mm.mrad, typiquement entre 2 et 8 mm.mrad, préférentiellement entre 2,5 et 6 mm.mrad. - ladite lentille conique ou sphéro-conique unique est apte à et conçue pour obtenir un faisceau laser focalisé dont la distribution d'intensité en anneau et ayant en outre un diamètre caractéristique dans le plan focal compris entre 100 et 500 µm, le diamètre caractéristique étant défini comme le diamètre à 1/e2 du faisceau, i.e. le diamètre pour lequel 86.5% de la puissance du faisceau est comprise dans un disque de ce diamètre. - ladite lentille conique ou sphéro-conique unique est apte à produire un faisceau laser focalisé dont la distribution d'intensité est du type TEMoi* ou « ring» , cet anneau étant constitué de maxima d'intensité situés de part et d'autre de l'axe de propagation du faisceau et séparés entre eux d'une distance comprise entre 30 et 95% du diamètre caractéristique du faisceau, de préférence entre 30 et 95%, typiquement entre 50 et 95 % du diamètre caractéristique du faisceau. - ladite lentille conique ou sphéro-conique unique est apte à produire un faisceau laser focalisé dont la distribution d'intensité est du type TEMoi* ou « ring» , cet anneau étant constitué de maxima d'intensité situés à égale distance de l'axe de propagation du faisceau et d'une partie centrale creuse dont le minimum d'intensité du faisceau situé au niveau de son axe de propagation est inférieur â 50% de la valeur des maxima des pics d'intensité situés de part et inférieure â 30%, de préférence inférieure â 10%. - ladite lentille conique ou sphéro-conique unique fonctionne en transmission, c'est-à- dire est de type transmissif. - ladite lentille conique ou sphéro-conique unique pemettant le contrôle de la distribution d'intensité est une lentille conique constituée d'une surface dont l'angle de base (0) est compris entre 0.5 et 50 minutes d'arc, préférablement entre 0.5 et 10 minutes d'arc. - la lentille conique ou sphéro-conique unique est en silice fondue, en quartz, en verre spécial, en sulfure de zinc (ZnS) ou en séléniure de zinc (ZnSe), de préférence comprenant un traitement antireflet. - ladite lentille conique ou sphéro-conique unique a une épaisseur comprise entre 0.5 et 10 mm, préférablement entre 5 et 7 mm, et est avantageusement de forme circulaire avec un diamètre compris de préférence entre 25 et 75 mm. - la lentille conique ou sphéro-conique unique combine avantageusement la fonction de contrôle de la distribution d'intensité en anneau et de focalisation du faisceau laser. - la lentille conique est de type réflectif fonctionnant en réflexion avec un angle d'incidence (a) compris entre 5 et 50°, et est réalisé en silice fondue, en quartz, en verre spécial, en sulfure de zinc (ZnS), en séléniure de zinc (ZnSe) ou en matériau métallique, et comprend de préférence un traitement réfléchissant. - le dispositif optique est une lentille conique de type réflectif ayant une épaisseur comprise entre 0.5 et 10 mm, préférablement entre 5 et 8 mm, et est avantageusement de forme circulaire avec un diamètre compris de préférence entre 25 et 75 mm. - la longueur d'onde du faisceau laser est comprise entre 1.06 et 1.10 µm. - la puissance du faisceau laser est comprise entre 0.1 et 25 kW, de préférence au moins 1 et jusqu'à 8 kW. - on génère un faisceau laser au moyen d'une source laser à fibres, de préférence contenant de l'ytterbium ou de l'erbium, de préférence encore une ou des fibres contenant de l'ytterbium. - on focalise le faisceau laser au moyen de l'optique de focalisation de manière à obtenir un faisceau laser focalisé au-dessus de la surface supérieure d'une pièce en acier doux. La surface supérieure de la pièce est celle située immédiatement en regard de la tête laser et qui est frappée la première par le faisceau laser. - on focalise le faisceau laser au moyen de l'optique de focalisation de manière à obtenir un faisceau laser focalisé au voisinage de la surface inférieure d'une pièce en acier inoxydable. La surface inférieure de la pièce est celle située â l'opposé de la surface supérieure, donc celle qui ne fait pas immédiatement face â la tête laser. De façon plus générale, les inventeurs de la présente invention ont donc mis en évidence qu'il est particulièrement avantageux d'utiliser un système optique constitué d'une seule lentille : - soit â surface conique pour produire un faisceau laser dont l'énergie est répartie en anneau, - soit possédant une surface sphérique et une surface conique, c'est-à-dire une lentille sphéro-conique, afin de combiner l'effet d'une lentille de focalisation et celui d'un axicon. Dans tous les cas, selon l'invention, le système optique mis en oeuvre pour faire varier le profil de distribution d'énergie est constitué d'un seul élément optique et est dès lors d'encombrement réduit. Plus généralement, dans le cas d'une surface conique unique, les caractéristiques de la distribution d'intensité en anneau obtenue pour le faisceau laser focalisé dépendent de la forme de la surface conique utilisée. La Figure 2a présente la mise en oeuvre d'un élément optique AX1 de forme planoconvexe, c'est-à-dire constitué d'une surface plane et d'une surface conique d'angle de base 0, compris entre 0.5 et 50 minutes d'arc, de préférence entre 0.5 et 10 minutes d'arc, dont la pointe est dirigée â l'opposé de la surface plane de l'élément optique. Le faisceau laser collimaté est focalisé par une lentille de focalisation LF et le faisceau focalisé FF se propage dans la direction indiquée par l'axe optique AO. La zone située en amont du plan de focalisation PF est notée AM et la zone située en aval du plan de focalisation PF est notée AV. Dans ce cas, la mise en forme de la répartition d'intensité laser en anneau est obtenue en aval du plan de focalisation du faisceau laser. C'est ce que l'on voit sur la Figure 2b qui représente le résultat d'un calcul effectué â l'aide d'un logiciel de tracé de rayons optiques, â savoir l'évolution de la distribution d'intensité laser le long de l'axe optique AO. La distribution en anneau est bien obtenue en aval du plan de focalisation, c'est-à-dire après ce dernier lorsque l'on suit la direction de propagation donnée par AO. La Figure 3a présente la mise en oeuvre d'un élément optique AX2 de forme planoconcave, c'est-à-dire constitué d'une surface plane et d'une surface conique d'angle de base 0 dont la pointe est dirigée vers la surface plane de l'élément optique. La mise en forme de la répartition d'intensité laser en anneau est alors obtenue en amont du plan de focalisation du faisceau laser. On peut le vérifier sur la Figure 3b qui représente le résultat d'un calcul effectué â l'aide d'un logiciel de tracé de rayons optiques. Or, en coupage des aciers inoxydables par laser à fibre ou à disque, il a été remarqué que les performances de découpe optimales sont obtenues en positionnant le point focal du faisceau au voisinage de la surface inférieure de la pièce à découper. La partie du faisceau en interaction avec le matériau est alors essentiellement celle située en amont du plan de focalisation. Pour être bénéfique au procédé de coupage, il est donc nécessaire que la mise en forme de la distribution d'intensité en anneau soit effective dans cette zone. Par contre, en coupage des aciers doux ou des aciers au carbone, par laser à fibre ou à disque, les performances de découpe optimales sont obtenues en positionnant le point focal du faisceau au-dessus de la surface supérieure de la pièce à découper. La partie du faisceau en interaction avec le matériau est alors celle située en aval du plan de focalisation. Les Figures 3a et 3b schématisent le faisceau laser focalisé FF dont la direction de propagation dont la direction est indiquée par l'axe optique AO. La Figure 3a présente le positionnement du plan de focalisation utilisé pour la découpe des aciers inoxydables par lasers à fibre ou à disque. On peut voir que la zone de faisceau utile au procédé de coupage laser, en particulier à la génération de la saignée de découpe, est essentiellement AM. La Figure 3b présente le positionnement du plan de focalisation utilisé pour la découpe des aciers doux par lasers à fibre ou à disque. Dans ce cas, la zone de faisceau utile au procédé de coupage laser est AV. Dans tous les cas, selon l'invention, afin de pouvoir découper une pièce au moyen d'un faisceau laser à distribution d'intensité en anneau généré par un élément optique unique, c'est-à-dire un système optique du type lentille conique, i. e. axicon, encore appelé prisme à symétrie de révolution, à une seule surface conique dont la forme est, selon le matériau à découper, concave ou convexe. L'élément optique est placé au sein de la tête de découpe laser, sur le trajet du faisceau. La modification de la distribution d'énergie du faisceau est donc réalisée en aval de la source laser servant à le générer, c'est-à-dire après que le faisceau ait eu quitté la source laser, ce qui est très pratique car le dispositif optique apte à modifier ladite distribution d'énergie peut revêtir différentes formes et/ou être inséré facilement en plusieurs sites de l'installation laser, ce qui permet aussi de mettre aisément en oeuvre le procédé de l'invention sur des installations existantes. L'invention peut être mise en oeuvre par une installation de coupage laser comprenant une source laser à fibre ou à disque, en particulier à fibre, pour générer un faisceau laser qui est amené jusqu'à une tête de focalisation comprenant une optique de focalisation, et comprenant en outre une lentille conique ou sphéro-conique unique apte à et conçue pour produire un faisceau laser focalisé dont la distribution d'intensité est du type TEMoi*, ledit dispositif optique étant agencé en aval de la sortie de la source laser. De préférence, le dispositif optique est un lentille conique de type transmissif ou réflectif, fonctionnant en réfraction ou une lentille conique fonctionnant en diffraction, i.e. un élément optique diffractant. Avantageusement, la source laser comprend au moins une fibre contenant de l'ytterbium ou de l'erbium, de préférence une ou des fibres contenant de l'ytterbium, L'invention va maintenant être mieux comprise grâce â la description suivante, faite en références aux figures annexées parmi lesquelles : - les Figures 5a et 5b illustrent la distribution d'intensité du faisceau focalisé dans le plan focal du faisceau et selon un axe passant par ce plan et par l'axe de propagation du faisceau, avec ses principales caractéristiques géométriques ; - la Figure 6 présente le principe de fonctionnement et d'architecture d'une installation de coupage laser ; - les Figures 7 â 11 présentent plusieurs modes de réalisation possible de l'invention ; et - les Figures 12a et 12b présentent les résultats d'analyses de faisceau laser focalisé effectuées sans et avec le dispositif optique conçu pour obtenir un faisceau laser focalisé dont la distribution d'intensité en anneau. Comme illustré sur la Figure 6, pour réaliser une découpe par faisceau laser 10, on utilise habituellement une installation de coupage laser comprenant une source laser 1, aussi appelé générateur laser ou dispositif laser, couplée â une fibre 2 de convoyage pour générer un faisceau laser se propageant jusqu'à une tête de focalisation 3 comportant une buse laser 4 située en regard d'une pièce â découper 30. La source laser 1 est avantageusement une source laser â fibres contenant de l'ytterbium, c'est-à-dire comprenant plusieurs fibres optiques comprenant ou dopées avec de l'ytterbium (Yb) qui servent â générer le rayonnement laser et dont le fonctionnement est détaillé ci-après. De telles sources laser â fibres Yb sont couramment accessibles dans le commerce. De manière alternative, la source laser 1 peut être aussi une source â fibres contenant de 30 l'erbium ou une source laser â disque Yb : YAG. La tête de focalisation 3 de l'installation de coupage laser est alimentée en gaz d'assistance via une entrée de gaz 5 aménagée dans la paroi de ladite tête de focalisation 3 et par laquelle entrée 5, un gaz ou mélange gazeux sous pression provenant d'une source de gaz, par exemple une ou plusieurs bouteilles de gaz, une capacité de stockage ou encore une ou 35 plusieurs canalisations de gaz, tel un réseau de distribution de gaz, est introduit en amont de la buse 4 et est évacué sous pression par cette buse 4 en direction de la pièce 30 â découper par faisceau laser. Le gaz d'assistance sert â chasser le métal fondu hors de la saignée 12 de coupe obtenue par fusion du métal au moyen du faisceau laser 10 qui est focalisé â la position 11 par rapport â la surface de la pièce 30 â couper, c'est-à-dire que le faisceau est focalisé dans l'épaisseur de la pièce â couper. Le choix du gaz se fait en fonction des caractéristiques du matériau â couper, notamment de sa composition, de sa nuance, de son épaisseur. Par exemple, de l'air, de l'oxygène, des mélanges azote/oxygène ou hélium/azote peuvent être utilisés pour le coupage de l'acier, alors que de l'azote, des mélanges azote/hydrogène ou argon/azote peuvent être utilisés pour couper l'aluminium ou l'acier inoxydable. La pièce 30 â découper par laser peut être formée de différents matériaux métalliques, tel que l'acier, l'acier inoxydable, l'acier doux ou les alliages légers, tel l'aluminium et ses alliages, voire le titane et ses alliages, et avoir une épaisseur typiquement comprise entre 0.1 mm et 30 mm, et il est donc nécessaire d'adapter la nature et la composition du gaz au type de matériau â découper, voire aussi â l'épaisseur dudit matériau. Au cours du procédé de découpe, le faisceau 10 peut être focalisé (en 11) dans ou près de la pièce 30, c'est-à-dire â l'extérieur, c'est-à-dire quelques mm au-dessus ou au-dessous de la surface supérieure 30a ou inférieure 30b de la pièce 30 ; â l'intérieur, c'est-à-dire dans l'épaisseur de la pièce ; ou encore sur la face supérieure 30a ou inférieure 30b de la pièce 30 â découper. De préférence, la position 11 du point focal se situe entre 5 mm au-dessus de la surface supérieure 30a et 5 mm au-dessous de la surface inférieure 30b de la pièce 30. Le faisceau laser 10 utilisé dans le procédé de découpe de l'invention est préférablement généré par un laser â solide, préférablement un laser â fibres, dont la longueur d'onde est préférablement comprise entre 1.06 et 1.10 µm. La puissance du faisceau laser 10 se situe typiquement entre 0.1 et 25 kW, préférablement entre 1 et 8 kW. Le générateur laser 1 peut fonctionner en mode continu, quasi-continu ou impulsionnel. L'effet laser, c'est-à-dire le phénomène d'amplification de la lumière servant â générer le rayonnement laser, est obtenu au moyen d'un milieu amplificateur préférablement pompé par diodes laser et constitué d'une ou de typiquement plusieurs fibres optiques dopées, préférablement en silice dopées â l'ytterbium. L'architecture d'une telle source laser â fibre est bien connue et notamment illustrée sur la Figure 2 en page 84 de l'article : Fiber Lasers grow in power, Laser-Focus World, Août 2002 ou encore en page 16 de la présentation : Alabama LASER - ALAC 2004. Le faisceau laser est ensuite émis hors de la source, récupéré et convoyé par au moins 35 une fibre optique de convoyage, de préférence en silice fondue, dont le diamètre de coeur est typiquement compris entre 10 et 200 µm, préférablement entre 40 et 160 µm ; la fibre de convoyage ne contient pas d'ytterbium ou d'erbium. Suivant les caractéristiques de la source laser 1 et du diamètre de la fibre optique 2 de convoyage de faisceau, les valeurs de BPP du faisceau 10 sont comprises entre 0.33 et 25 mm.mrad, préférablement supérieures ou égales â 1 mm.mrad et/ou inférieures ou égales â 10 mm.mrad. Comme on le voit sur les Figures 6 â 11, on utilise des dispositifs ou moyens optiques 13, 14, 18 pour diriger et focaliser le faisceau laser 10 vers la pièce 30 â découper. Plus précisément, une ou des optiques de collimation 13, de redirection 18 et/ou de focalisation 14 permettent de propager le faisceau laser 10 délivré par la fibre de convoyage 2 vers la pièce 30. Ces composants ou éléments optiques peuvent travailler en transmission ou en réflexion. Ainsi, les systèmes optiques de collimation et/ou de focalisation peuvent être composés de lentilles ou bien de miroirs de type sphériques ou asphériques, par exemple des miroirs paraboliques ou elliptiques. En particulier, on utilise habituellement d'abord une lentille de collimation 13 pour collimater le faisceau délivré par la fibre de convoyage 2, puis une lentille de focalisation 14 pour focaliser le faisceau collimaté, lesdites lentilles de collimation et de focalisation étant agencées successivement sur le trajet du faisceau laser entre l'extrémité de la fibre de convoyage 2 et la buse 4. Ces composants 13 â 15 optiques peuvent être choisis parmi les différents types de miroirs et de lentilles disponibles dans le commerce. Ils peuvent être réalisés dans des matériaux du type silice fondue, quartz, verres spéciaux, ZnS, ZnSe, ou métalliques, par exemple du cuivre, ou tout autre matériau susceptible d'être utilisé dans une tête de focalisation 3 de faisceau laser 10. Classiquement, un faisceau laser émis par la source 1 a une distribution d'intensité du type gaussienne, sortie de source 1. Conformément â l'invention, pour améliorer l'efficacité du procédé de découpe par faisceau laser 10 délivré par la source laser â fibres 1 et la fibre de convoyage 2, on agence entre la sortie de la source laser 1 et l'optique de focalisation 14 d'une installation classique telle qu'illustrée sur la Figure 6, un dispositif optique 17 pour obtenir un faisceau laser focalisé 10 dont la distribution d'intensité soit du type anneau â partie centrale creuse, i.e. de type TEMoi* ou « ring », comme illustré sur les Figures 7 â 11. Dit autrement, le dispositif optique 17 permet de transformer la distribution d'intensité du faisceau, après sa sortie de la source 1, de manière â obtenir une distribution ou répartition d'intensité du type anneau â partie centrale creuse. Plus précisément, les Figures 5a et 5b représentent respectivement la distribution du faisceau laser 10 dans un plan transverse â l'axe de propagation du faisceau laser 10 et la distribution d'intensité du faisceau laser 10 selon un axe 24 perpendiculaire â l'axe de propagation du faisceau et passant par cet axe. Comme illustré sur les Figures 5a et 5b, le dispositif optique 17 de l'invention est conçu pour et apte â transformer le faisceau généré par la fibre Yb de la source 1 pour obtenir un faisceau laser 10 dont la distribution d'intensité est du type anneau, i.e. TEMoi* ou « ring ». Cet anneau est formé de maxima d'intensité 23 situés de part et d'autre de l'axe de propagation du faisceau et séparés entre eux d'une distance 20 comprise entre 30 et 95%, de préférence entre 30 et 95%, typiquement entre 50 et 95 % du diamètre caractéristique 21 du faisceau, la valeur de l'intensité 22 du faisceau au niveau de son axe de propagation étant inférieure â 50% de la valeur des maxima d'intensité 23, typiquement inférieure â 30%, de préférence inférieure â 10%. Par ailleurs, les Figures 7 â 11 illustrent différents modes de réalisation de l'invention mettant en oeuvre différentes sortes possibles de dispositif optique 17 de modification de distribution d'intensité du faisceau laser. Ainsi, comme représenté sur les Figures 7 â 10, le dispositif optique 17 de l'invention est une lentille conique, i.e. axicon, toujours située en aval ou sortie de la source laser fibre 1, c'est-à-dire que le faisceau laser ne traverse le dispositif optique 17, conçu pour ajuster la distribution d'intensité du faisceau laser 10 généré par la source laser fibre 1, uniquement après sa sortie de ladite source laser fibre 1 ; il est donc situé en aval de ladite source laser fibre. Dans ce cas, le dispositif optique 17, c'est-à-dire la lentille conique ou sphéro-conique unique, peut être agencé de plusieurs manières au sein de l'installation mais toujours entre la sortie de la source laser 1 et la lentille de focalisation 14. Selon un premier mode de réalisation illustré en Figure 7, la lentille conique ou sphéro- conique unique 17 servant â transformer le faisceau â distribution d'intensité de type gaussien généré par la source laser fibre 1 en un faisceau laser â distribution d'intensité en anneau est une lentille conique agencée entre la lentille de collimation 13 et la lentille de focalisation 14. Dans le cas ou la pièce 30 â découper est en acier inoxydable, la lentille conique unique 17 comporte une surface conique de forme concave, comme illustré sur le Figure 7, et est de préférence de type plano-concave. Dans le cas ou la pièce 30 â découper est en acier doux, le dispositif optique 17 comporte une surface conique de forme convexe, c'est-à-dire une surface dont la pointe du cône est orientée dans la direction opposée â celle représentée sur la Figure 7, et est de préférence de type plano-convexe. Selon un second mode de réalisation illustré en Figure 8, l'installation de découpe laser selon l'invention comprend la lentille conique unique 17 apte â et conçue pour modifier la distribution d'intensité du faisceau généré par la source 1, tel qu'illustré en Figure 7, mais aussi au moins un composant réflectif 18, comme par exemple un miroir plan, fonctionnant â un angle d'incidence a compris entre 5 et 50° permettant de renvoyer le faisceau 10, après son passage dans l'optique de collimation 13, vers l'optique de focalisation 14. Selon un troisième mode de réalisation illustré en Figure 9, la lentille conique unique 17 de l'invention est une lentille conique de type réflectif, fonctionnant en réflexion avec un angle d'incidence a compris entre 5 et 50° et située sur le trajet du faisceau 10 entre les optiques de collimation 13 et de focalisation 14. Dans le cas ou la pièce 30 â découper est en acier inoxydable, la lentille conique unique 17 comporte une surface conique de forme convexe, comme illustré sur le Figure 7, et est de préférence de type plano-convexe. Dans le cas ou la pièce 30 â découper est en acier doux, le dispositif optique 17 comporte une surface conique de forme concave, c'est-à-dire une surface dont la pointe du cône est orientée dans la direction opposée â celle représentée sur la Figure 7, et est de préférence de type plano-convexe. Selon un quatrième mode de réalisation illustré en Figure 10, le dispositif optique 17 apte â et conçu pour modifier la distribution d'intensité du faisceau généré par la source 1 est une lentille sphéro-conique unique comprenant une surface conique et une surface sphérique de forme convexe. Ainsi, le dispositif optique 17 combine avantageusement les fonctions de contrôle de la distribution d'intensité et de focalisation du faisceau laser et il n'y a donc plus lieu d'utiliser une lentille de focalisation 14. Le dispositif 17 est agencé entre la lentille de collimation 13 et la lentille de focalisation 14. Cependant, le dispositif optique 17 utilisé pour contrôler la distribution d'intensité du faisceau laser 10 peut également comprendre un composant optique de phase, préférablement un élément optique diffractant, comme illustré en Figure 11. De façon alternative, le dispositif optique 17 de modification de la distribution d'intensité inclut au moins un élément optique diffractant configuré pour fonctionner en réflexion, â un angle d'incidence a compris entre 5 et 50°. En réflexion, au moins une face du composant optique 17 est revêtue d'un traitement réfléchissant. Les matériaux utilisés pour la fabrication du dispositif optique 17 peuvent être de la silice fondue, du quartz, du verre spécial, des matériaux du type ZnS, ZnSe ou métalliques, par exemple du cuivre. La lentille conique ou sphéro-conique unique diffractante 17 permet d'introduire une modulation spatiale de la phase sur le front d'onde du faisceau laser. En utilisant un motif de modulation de phase adéquate, c'est-à-dire équivalente â celle introduite par la lentille conique ou sphéro-conique unique, le front d'onde du faisceau incident 10 peut être altéré, ajusté ou modifié de manière â obtenir un faisceau focalisé 10 possédant la distribution d'intensité souhaitée, i.e. d'allure TEMoi* ou « ring ». Avantageusement, la surface de la lentille conique ou sphéro-conique unique diffractive 17 présente des microstructures qui sont gravées dans le substrat sur des profondeurs variables, de l'ordre de la longueur d'onde de travail. Ces microreliefs forment une carte de phase 2D induisant la diffraction et le déphasage localement variable de l'onde incidente. Typiquement, l'élément optique 17 diffractant présente des profondeurs de gravures â deux ou â multiples niveaux. La carte de modulation de phase de l'élément optique 17 est ainsi constituée de deux valeurs de déphasage ou plus. La distribution de phase de l'élément 17 mis en oeuvre est conçue pour contrôler la distribution d'intensité du faisceau laser 10, de manière â obtenir un faisceau focalisé 10 dont la distribution d'intensité est du type anneau, i.e. TEMoi* ou « ring ». Des exemples de cartes de modulation spatiale de phase pouvant être implémentées sur des composants optiques 17 de mise en forme de la distribution d'intensité du faisceau, ainsi que des exemples de techniques utilisées pour la fabrication de tels composants, sont donnés par les documents suivants, auxquels on peut se reporter pour plus de détails â ce sujet : - «Diffractive Optics : Design, Fabrication and Test», D. C. O'Shea et al., SPIE Press, Bellingham, Washington (2003) ; - « Creation of Diffractive Optical Elements by One Step E-beam Lithography for Optoelectronics and X-ray Lithography », A. A. Aristov et al., Baltic Electronics Conference, October 7-11, 1996, p. 483-486, Tallinn, Estonia ; et - «Development of Diffractive Beam Homogenizer », T. Hirai et al., SEI Technical Review, n° 60, June 2005, p. 17-23. Dans tous les cas, la lentille conique ou sphéro-conique unique 17 est un élément optique réalisé en silice fondue, en quartz, en verre spécial, en sulfure de zinc (ZnS), en séléniure de zinc (ZnSe) ou tout autre matériau transparent â la longueur d'onde de travail, comprenant de préférence un traitement antireflet, d'une épaisseur comprise entre 0.5 et 10 mm, préférablement entre 5 et 8 mm, et avantageusement de forme circulaire avec un diamètre compris de préférence entre 25 et 75 mm. Ces valeurs d'épaisseurs sont préférables dans le cas où le dispositif est amené â supporter de fortes pressions ou températures, c'est-à-dire des pressions pouvant atteindre 25 bar et des températures de plus de 100 °C. De plus, plus on augmente les dimensions des lentilles, mieux la chaleur est évacuée vers les zones périphériques plus froides, et plus l'amplitude des gradients thermiques induits par absorption du faisceau laser diminue. Il est donc avantageux d'utiliser un dispositif optique 17 épais, c'est-à-dire d'une épaisseur préférentiellement comprise entre 5 et 8 mm. La lentille conique ou sphéro-conique unique de contrôle de la distribution d'intensité 17 est Le profil d'intensité du faisceau focalisé 10 peut être incorporé dans la tête 3, 4 de découpe laser et placé sur le trajet optique du faisceau laser, comme visible sur la Figure 7. La lentille conique ou sphéro-conique unique 17 produit un faisceau laser focalisé dont la distribution d'intensité est du type anneau, dans une installation de découpe laser, comme illustré sur les Figures 5a et 5b. ajusté en fonction de la gamme d'épaisseurs découpées de manière â optimiser les performances du procédé en termes de vitesse et de qualité de découpe. L'anneau obtenu, schématisé en Figure 5b, est formé de maxima d'intensité 23 situés de part et d'autre de l'axe de propagation du faisceau et séparés entre eux d'une comprise entre 10 et 95%, de préférence entre 30 et 95%, typiquement entre 50 et 95 % du diamètre caractéristique 21 du faisceau, la valeur de l'intensité 22 du faisceau au niveau de son axe de propagation étant inférieure â 50% de la valeur des maxima d'intensité 23, typiquement inférieure â 30%, de préférence inférieure â 10%. Le choix de la géométrie de la distribution d'intensité la plus adaptée â la découpe d'une tôle de caractéristiques données, notamment en termes de composition ou nuance métallurgiques et/ou d'épaisseur, peut se faire empiriquement par des essais de découpe sur des échantillons de la tôle â découper avec un faisceau laser focalisé présentant des distances 20 différentes entre les maxima d'intensité 23, ou un diamètre caractéristique 21 de faisceau différent, ou des pourcentages différents de la valeur de l'intensité 22 au centre du faisceau par rapport â la valeur des maxima 23, et comparaison des résultats ainsi obtenus. Afin de tester l'efficacité de l'utilisation d'une lentille conique ou sphéro-conique unique 17 selon l'invention, des essais ont été menés en utilisant une installation selon la Figure 6 pour ajuster/modifier la distribution d'intensité d'un faisceau laser 10 d'une puissance de 2 kW généré par un générateur laser 1 â fibres Yb et une fibre de convoyage 2. La configuration testée est schématisée sur la Figure 7, respectivement sans et avec élément optique 17. Les Figures 12a et 12b présentent les résultats de mesures de caustiques de faisceau focalisé réalisées grâce â un analyseur de faisceau, et permettent de confirmer l'obtention d'un faisceau laser focalisé dont la distribution d'intensité est du type anneau après introduction de l'élément optique 17 sur le trajet du faisceau laser 10 collimaté par comparaison â une absence d'un tel élément optique 17. Les tracés de caustiques de faisceau focalisé FF présentés ont été réalisés en mesurant le rayon du faisceau pour lequel 86% de la puissance du laser est contenue dans un disque de ce rayon, ceci dans des plans de propagation successifs se situant de part et d'autre du plan de focalisation PF du faisceau, â un intervalle de 2 mm le long de l'axe optique AO sur la Figure 12a et â un intervalle de 1 mm sur la Figure 12b. La distribution d'intensité du faisceau laser a été modifiée â l'aide d'une lentille conique ou sphéro-conique unique 17, comme illustré en Figure 12b. La lentille conique ou sphéro- conique unique 17 a été montée dans une tête de découpe 3, sur le trajet optique du faisceau 10 collimaté précédant le système de focalisation 14. Les distributions d'intensité du faisceau focalisé enregistrées au niveau de PF, au niveau d'un plan P1 situé environ 2 mm au-dessus de PF et au niveau d'un plan P2 situé environ 2 mm au-dessous de PF sont dénotées respectivement 25b, 26b et 27b. La lentille conique ou sphéro-conique unique 17 utilisé est une lentille conique de type plano-concave, réalisé en ZnS, d'une épaisseur de 7 mm et ayant un angle de base de 2 minutes d'arc. Avec cet élément optique 17, l'effet obtenu est une modification de la distribution d'intensité en amont du plan de focalisation du faisceau laser, comme expliqué précédemment et comme vérifié sur 26b. Cet effet est idéal pour la découpe d'une pièce en eacier inoxydable. A titre comparatif, la même installation a été utilisée mais sans incorporation de l'élément optique diffractant 17 en aval de l'élément de collimation 13, comme illustré en Figure 12a. Les distributions d'intensité du faisceau focalisé enregistrées au niveau de PF, P1 et P2 sont dénotées respectivement 25a, 26a et 27a. On peut voir que le faisceau focalisé FF conserve une distribution d'intensité pseudo-gaussienne. REVENDICATIONS1. Procédé de découpe par faisceau laser (10) d'une pièce (30) à couper, dans lequel : a) on génère un faisceau laser (10) ayant une distribution d'intensité de type gaussienne au moyen d'une source laser à fibre ou à disque (1), b) on modifie le faisceau (10) généré par la source laser, après sa sortie de la source laser, de manière à obtenir un faisceau laser à distribution d'intensité du type en anneau avec partie centrale creuse et c) on découpe la pièce (30) au moyen dudit faisceau laser à distribution d'intensité en anneau obtenu à l'étape b), caractérisé en ce qu'à l'étape b), on modifie la distribution d'intensité du faisceau (10) par passage dudit faisceau laser au travers d'une lentille conique ou sphéro-conique unique (17). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie conique se termine par une pointe d'angle de base 0 compris entre 0.5 et 50 minutes d'arc, de préférence entre 0.5 et 10 minutes d'arc. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le faisceau laser généré par la source laser est convoyé par une fibre de convoyage jusqu'à une tête de focalisation, la lentille conique unique (17) étant agencé en aval de la fibre de convoyage de faisceau laser. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le faisceau laser généré par la source laser est convoyé par une fibre de convoyage, puis traverse successivement un moyen optique de collimation et un moyen optique de focalisation, la lentille conique unique (17) étant agencée entre le moyen optique de collimation et le moyen optique de focalisation, de préférence la lentille conique unique (17) est agencée dans la tête de focalisation. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pièce à couper à une épaisseur d'au moins 4 mm. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source laser est une source laser â une ou plusieurs fibres d'ytterbium. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le faisceau laser a un BPP compris entre 0.33 et 25 mm.mrad, de préférence inférieur ou égal â 10 mm.mrad, et/ou un diamètre caractéristique dans le plan focal compris entre 100 et 500 µm. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la lentille conique unique (17) est apte â et conçu pour produire un faisceau laser dont la distribution d'intensité en anneau comprenant des maxima d'intensité situés de part et d'autre de l'axe de propagation du faisceau et séparés entre eux d'une distance (20) comprise entre 10 et 95%, de préférence entre 30 et 95%, typiquement entre 50 et 95 % du diamètre caractéristique (21) du faisceau. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la lentille conique unique (17) est apte â produire un faisceau laser dont la distribution d'intensité en anneau comprenant des maxima situés de part et d'autre de l'axe de propagation du faisceau et d'une partie centrale creuse dont la valeur minimum d'intensité (22) est inférieure â 50% de la valeur (23) des maxima des pics d'intensité situés de part et d'autre de l'axe de propagation du faisceau, typiquement inférieure â 30%, de préférence inférieure â 10%. 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pièce â couper est en acier inoxydable et â une épaisseur d'au moins 4 mm ou en acier doux et â une épaisseur d'au moins 8 mm. 11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la longueur d'onde du faisceau laser est comprise entre 1.06 et 1.10 µm. 12. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la 30 puissance du faisceau laser (10) est comprise entre 0.1 et 25 kW, de préférence entre 1 et 8 kW. 13. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on focalise le faisceau laser au moyen de l'optique de focalisation de manière â obtenir un faisceau laser focalisé au voisinage de la surface inférieure d'une pièce en acier inoxydable. 35 14. Procédé selon l'une des revendications 1 â 13, caractérisé en ce qu'on focalise le faisceau laser au moyen de l'optique de focalisation de manière â obtenir un faisceau laser focalisé au-dessus de la surface supérieure d'une pièce en acier doux.