Sujet :

Etude de l’influence de la pollution ambiante sur la génération d’endommagement par choc laser

Contexte :

Le CEA Le Ripault travaille depuis de nombreuses années sur le développement de matériaux optiques à vocation de revêtements de surface pour les composants du laser de puissance LMJ. Un des besoins est la mise au point d’un revêtement antireflet fonctionnant dans le domaine ultraviolet ou infrarouge, avec une propriété de transmission optique optimale. Le revêtement utilisé aujourd’hui est à base d’une monocouche de silice qui se caractérise par une forte porosité (ouverte) permettant de répondre de manière adéquate à ses spécifications optiques.
Cependant, cette porosité ouverte s’accompagne d’une sensibilité à la pollution ambiante qui génère non seulement une baisse de transmission dans le temps et parfois un endommagement lié à une absorption et un choc laser.
L’ENSTA Bretagne qui développe depuis des années une compétence sur les chocs lasers et le CEA Le Ripault souhaitent mettre leurs compétences en commun pour étudier ce phénomène de sensibilité à la pollution et son impact sur la résistance des composants soumis à de fortes fluences lasers.

Objectif de la thèse :

L’objectif de cette thèse est d’étudier la phénoménologie et l’influence de différents paramètres sur la création des endommagements par chocs lasers. Les revêtements optiques actuels et des versions optimisées seront soumis à une pollution, dont la nature et le taux de pollution seront contrôlés par des moyens adaptés, et exposés ou non à des flux lasers. Les moyens développés à l’ENSTA Bretagne permettront de mettre en évidence par des caméras rapides et des diagnostics Doppler l’existence et le développement de plasma au sein des matériaux ainsi que les ondes de choc.
L’impact d’une pollution déterministe sur les revêtements sera étudié afin de déterminer la criticité de ces pollutions spécifiques sur l’endommagement des optiques sur chaîne. Une modélisation des phénomènes d’absorption et des ondes acoustiques générées par le choc laser sera également menée en parallèle des expériences à l’aide d’un code mono- voire multidimensionnel. La caractérisation fine de ces phénomènes d’endommagement laser permettra en parallèle d’orienter le choix et la structure des matériaux utilisés dans les empilements optiques pour mieux résister au flux laser, et à terme, d’optimiser ces empilements pour les rendre moins sensibles aux polluants.

Déroulement de la thèse :

Actuellement la silice colloïdale est le matériau qui constitue une référence dans les empilements utilisés. Elle servira de couche test dans les premières campagnes de pollutions (taux et nature en lien avec le REX du LMJ) et sera caractérisée précisément avec les moyens CEA utilisés lors des thèses précédentes. L’installation de choc laser de l’IRDL de l’ENSTA Bretagne sera optimisée pour travailler avec les matériaux transparents fournis par le CEA.
Les seuils de rupture mécanique de la silice avec ou sans empilement pollué seront mesurés afin de déterminer des liens avec la nature et le mode d’élaboration de la couche. Une attention sera portée sur les modifications matériaux induites par un flux intense au moyen de spectroscopies rapides (Raman, LIBS…) ou DRX. Le soutien à l’analyse des données expérimentales se fera au moyen du code Esther développé au CEA/DAM qui permettra d’identifier l’historique des états mécaniques dans le matériau, à partir de la confrontation essais-calculs.
Cette démarche sera transposée à la caractérisation de nouveaux revêtements optiques.
Outre le soutien des équipes du CEA et de l’ENSTA Bretagne engagés dans ce travail, la thèse s’appuiera également sur des collaborations avec l’INSP de Paris Sorbonne et l’IEMN de Valenciennes qui contribueront à la caractérisation précise des paramètres mécaniques des couches élaborées par le CEA.
Le(a) doctorant(e) devra participer à l’élaboration des couches et à leur pollution. Il(elle) caractérisera celles-ci avec l’ensemble des moyens de caractérisations disponibles au CEA : spectromètre UV/Vis/IR, ellipsométrie indentation, microscopie, effet mirage, LIBS, luminescence, Raman. Il(elle) participera à l’amélioration des moyens mis en oeuvre en particulier avec l’ENSTA Bretagne et il(elle) devra maîtriser LabView, Ardhino, Mathematica.
Il(elle) devra présenter régulièrement la synthèse de ses avancées aux équipes du CEA et de l’ENSTA Bretagne, rédiger des articles pour des revues scientifiques de bon niveau et participer à des congrès nationaux et internationaux. Le(a) doctorant(e) aura également la possibilité d’effectuer des heures d’enseignement.

Directeur de thèse et école doctorale :

ARRIGONI Michel
michel.arrigoni@ensta-bretagne.fr
SPI de l’ENSTA Bretagne

Encadrant :

PIOMBINI Hervé & BELLEVILLE Philippe
CEA/Le Ripault – BP 16 – 37260 Monts
Tél. 02 47 34 40 00
herve.piombini@cea.fr & philippe.belleville@cea.fr