Sujet de thèse : Mise en forme de nanoparticules au cours de l'étirage en fibre optique

Institut de Physique de Nice (INPHYNI) & Centre de Mise en Forme des Matériaux (CEMEF)

 

Les succès des fibres optiques à base de silice (SiO2) sont nombreux : fibres de transmission et fibres amplificatrices pour les télécommunications, lasers à fibre de forte puissance, etc. Ces applications phares s'appuient sur les qualités de la silice : stabilité mécanique et chimique, haut seuil aux dommages optiques, bas coût, etc. Toutefois, ce verre de silice possède certaines caractéristiques qui peuvent rendre préférable l'utilisation d'autres compositions verrières, en particulier vis-à-vis des ions luminescents (ions de terres rares ou de métaux de transition). Afin de s'affranchir de ces limitations, il a été proposé de développer des fibres à base de silice contenant des nanoparticules de composition adaptée à l'application visée [1]. Une telle fibre, aux propriétés « augmentées », permet de combiner les avantages de la silice (transparence, coût, durabilité chimique, etc) et les propriétés spécifiques apportées par les nanoparticules. 

Pour répondre aux exigences de transparence imposées par les applications, les nanoparticules doivent être de taille < 50 nm. L'Institut de Physique de Nice a récemment proposé une nouvelle voie de fabrication : une fibre optique étant obtenue par étirage à chaud (2000 °C) d'une préforme (barreau de silice de diamètre ~1 cm), il est possible de mettre en profit cette étape pour allonger et fragmenter les particules > 100 nm présentes dans la préforme en nanoparticules < 50 nm dans la fibre (instabilités de type Rayleigh--Plateau) [2].

Le but de cette thèse sera d'étudier les effets de différentes conditions d'étirage (température, tension d'étirage) sur l'allongement et la fragmentation des particules. Le/la doctorant.e participera à la fabrication de préformes ainsi qu'à leur étirage en fibre optique. Les nanoparticules seront caractérisées par Microscopie Électronique à Balayage dans les préformes et les fibres. L'effet de la présence des nanoparticules sur les propriétés de luminescence sera étudié à travers la caractérisation des propriétés spectroscopiques de l'europium (Eu3+). Outre ce travail expérimental, le/la doctorant.e développera aussi une modélisation numérique de l'étirage d'une fibre optique ainsi que des phénomènes d'allongement et de fragmentation des nanoparticules.

Les connaissances requises pour cette thèse concernent le domaine des matériaux (en particulier les verres, les nanoparticules, les vitro-céramiques), de leurs propriétés thermodynamiques (mécanismes de séparation de phase) et rhéologiques (mécanique de la déformation, écoulement, mise en forme). Le/la candidat.e retenu.e devra avoir un intérêt prononcé pour les sciences expérimentales et la simulation numérique.

Cette thèse s'intègre au sein du projet NanoSlim financé par l'ANR à partir de janvier 2018. L'étudiant-e bénéficiera ainsi d'un large réseau de laboratoires avec lesquels il/elle sera amené.e à collaborer (CEMES (Toulouse), GPM (Rouen), LPhiA (Angers), ICI (Nantes), CP2M (Marseille) et ICGM (Montpellier)).

[1] W. Blanc et al., « Formation et applications des nanoparticules dans les fibres optiques à base de silice », in « Du verre au cristal. Nucléation, croissance et démixtion, de la recherche aux applications”, Ed. Daniel R. Neuville, Laurent Cormier, Daniel Caurant, Lionel Montagne, EDP Sciences (2013)

[2] M. Vermillac et al., Journal of the American Ceramic Society 100 (2017) 1814-1819

 

Contacts :

Wilfried Blanc (Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser.) - Institut de Physique de Nice, Université Côte d'Azur, CNRS UMR7010, Nice, http://inphyni.cnrs.fr/fr

Franck Pigeonneau (Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser.)  -Centre de Mise en Forme des Matériaux, Sophia Antipolis, http://www.cemef.mines-paristech.fr/