Assas Recherche | Maîtrise des Transformations Photoinduites par Laser Femtoseconde dans les Verres Aluminosilicatés

Maîtrise des Transformations Photoinduites par Laser Femtoseconde dans les Verres Aluminosilicatés (Document en Anglais)

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Modalités de diffusion de la thèse :

Thèse soumise à l'embargo de l'auteur jusqu'au 21/02/2026 (communication intranet).

Informations sur les contributeurs

Auteur : Ktafi Imane

Ktafi, Imane

Nom

Ktafi

Prénom

Imane

Nationalité

Français

Date de soutenance : 20-03-2025

Directeur(s) de thèse : Poumellec Bertrand

Poumellec, Bertrand

Nom

Poumellec

Prénom

Bertrand

- Cavillon Maxime

Cavillon, Maxime

Nom

Cavillon

Prénom

Maxime

Etablissement de soutenance : université Paris-Saclay

université Paris-Saclay

Nom

université Paris-Saclay

Laboratoire : Institut de chimie moléculaire et des matériaux d’Orsay (Orsay, Essonne ; 2006-....)

Institut de chimie moléculaire et des matériaux d’Orsay (Orsay, Essonne ; 2006-....)

Nom

Institut de chimie moléculaire et des matériaux d’Orsay (Orsay, Essonne ; 2006-....)

Ecole doctorale : École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes

École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes

Nom

École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes

Informations générales

Discipline : Chimie
Classification : Chimie, minéralogie, cristallographie

Mots-clés libres : Laser femtoseconde, Verres silicatés, Cristallisation, Séparation de phase, Biréfringence
Mots-clés :

Lasers femtoseconde
Silicates d'aluminium
Démixtion
Cristallisation
Biréfringence

Résumé : La transformation volumique dans les verres optiques peut être réalisée de manière sélective grâce à l'écriture directe par laser femtoseconde. Cette méthode constitue un outil idéal pour fonctionnaliser le verre et permettre une série d'applications dans des domaines tels que la micro-optique, le stockage optique de données ou les capteurs optiques. En ce qui concerne ce dernier domaine, les modifications induites par laser femtoseconde peuvent être utilisées pour fabriquer des dispositifs optiques fonctionnant dans des environnements extrêmes. La structuration du verre en nanoréseaux ou sous forme de cavités peut résister à des températures avoisinant 1100 °C pendant plusieurs dizaines d'heures, après quoi elles se dégradent. Dans ce contexte, les aluminosilicates binaires ont montré des perspectives prometteuses avec une stabilité thermique remarquable, surpassant celle de certaines silices pures (par exemple, le Suprasil CG). Cela représente une stabilité thermique anormalement élevée par rapport aux modélisations actuellement effectuées via l'équation de Rayleigh-Plesset. Dans le cadre de cette thèse, une nouvelle composition est étudiée dans ce travail : un verre aluminosilicate (60%Al?O? - 40%SiO? en molaire) et fabriqué par lévitation aérodynamique. Cette composition étend la gamme des compositions précédemment étudiées, tout en présentant une stœchiométrie de cristallisation congruente en une phase mullite 3:2. Cette thèse établit d'abord les relations existantes entre les propriétés optiques des verres aluminosilicates (biréfringence, variations d'indice de réfraction) et les modifications structurales (cristallisation, séparation de phase, migration chimique etc.). Au niveau fondamental, cette approche complète les connaissances déjà acquises sur la formation de nanoréseaux poreux. De plus, la retardance optique est systématiquement étudiée sous une large gamme de paramètres laser. Une analyse comparative a été réalisée en utilisant le verre de silice (Suprasil CG) comme matériau de référence. Notamment, le verre aluminosilicate a montré des valeurs de retardance atteignant 100 nm, soit environ le double de celles observées dans les verres aluminosilicates étudiés précédemment. La spectroscopie Raman et la microscopie électronique ont révélé la formation de nanoréseaux alternant une phase amorphe riche en SiO?, avec une phase cristallisée riche en Al?O? (phase mullite 3:2). Ces structures biréfringentes, observées pour la première fois dans ce type de verre, offrent de nouvelles informations sur les mécanismes sous-jacents à la formation des nanoréseaux. Elles peuvent également être induites dans des verres ternaires ZrO?-Al?O?-SiO?, et présentent une stabilité thermique jusqu'à 1300 °C pendant 30 minutes. Même après effacement de la structure biréfringente en température, un contraste d'indice positif résiduel persiste jusqu'à 1650 °C dans l'aluminosilicate étudié. Cette observation sans précédent ouvre de nouvelles perspectives pour des composés optiques ultra-stables.À ce jour, deux principaux types de nanoréseaux ont été identifiés. La possible coexistence des nanoréseaux poreux observés majoritairement dans les silicates, et ceux cristallisés partiellement comme dans le cadre de cette thèse, reste mal connue, car les études précédentes rapportaient leur apparition dans des verres distincts. Cependant, la famille des verres aluminosilicates offre désormais un cadre pour comprendre leur interrelation. Les simulations rapportées dans cette thèse décrivent les conditions nécessaires pour atteindre une cristallisation partielle du verre et explorent les mécanismes liant la formation des nanoréseaux à la cristallisation. Les résultats fournissent également des lignes directrices pour concevoir des nanoréseaux résistants aux hautes températures.

Informations techniques

Type de contenu : Text
Format : PDF

Informations complémentaires

Entrepôt d'origine :

STAR : dépôt national des thèses électroniques françaises

Identifiant : 2025UPASF011
Type de ressource : Thèse