DS03 - Stimuler le renouveau industriel

Mise en forme des nanoparticules pendant l'étirage des fibres optiques – NanoSlim

Résumé de soumission

Les lasers et amplificateurs à fibre connaissent un essor considérable à travers leurs utilisations dans l'industrie (usinage des matériaux), le génie civil (capteurs) ou le médical (LASIK) pour ne citer que quelques exemples. De telles fibres reposent sur le dopage du verre par des ions luminescents, généralement des ions de terres rares. Les propriétés de luminescence de ces derniers dépendant de leur environnement atomique, le choix du matériau est primordial. La silice est le matériau de prédilection pour les fibres optiques car il possède de nombreux avantages mécaniques et économiques. Toutefois, l'utilisation de ce verre limite certaines propriétés de luminescence. Le développement de nouvelles applications nécessitent donc de proposer de nouvelles compositions verrières. Dans ce contexte, l'encapsulation d'ions luminescents dans des nanoparticules est proposée car elle permet en principe de pratiquer une ingénierie des propriétés de luminescence à travers le contrôle de l'environnement des ions de terres rares. De telles fibres permettront de combiner les avantages de la silice et d'offrir des propriétés spectroscopiques qui n'existeraient pas dans ce verre.

Le développement de ces fibres se heurte au problème de la gestion de la transparence. Des nanoparticules inférieures à 50 nm sont nécessaires pour minimiser les pertes induites par diffusion de la lumière. L'approche actuelle consiste à préparer une préforme (barreau étiré en fibre) contenant déjà des petites nanoparticules. Cependant, la réalisation d'une telle préforme s'avère difficile, ainsi que de maintenir l'intégrité des petites nanoparticules au cours de l'étirage qui s'effectue à 2000 °C. Ce projet vise à proposer une approche radicalement différente. En effet, nous proposons de mettre à profit l'étirage pour obtenir des petites nanoparticules dans la fibre en partant de « grosses » nanoparticules dans la préforme.

Ce procédé s'appuie sur l'allongement des nanoparticules au cours de l'étirage et leur rupture induite par des instabilités de type Rayleigh-Plateau. Une telle fragmentation dépend de différents paramètres tels que la viscosité de la matrice et des nanoparticules, la tension de surface entre les deux milieux et la taille des nanoparticules. Pour développer de manière contrôlée un tel procédé, nous proposons de réaliser une étude systématique de ces paramètres. Le planning de travail est organisé en 42 mois suivant 3 tâches. La tâche 1 a pour but de fournir des échantillons modèles : monolithes de silice contenant des nanoparticules de taille et de composition contrôlées. Les compositions des nanoparticules seront MgO, xMgO-(1-x)SiO2 et xCaO-(1-x)SiO2 pour étudier le rôle de la taille, de la structure et de la viscosité des nanoparticules ainsi que d'étudier l'influence des effets rhéologiques et thermodynamiques. La tâche 2 regroupe des techniques de caractérisation très spécifiques pour étudier la taille, la morphologie, la structure et la composition à des échelles nanométriques (sonde atomique tomographique, microscopies électroniques à haute résolution, …). Les propriétés de luminescence seront analysées à travers l'étude de l'ion europium. Nous proposons aussi une analyse du procédé à travers des simulations numériques (tâche 3). Deux approches complémentaires seront mises en œuvre : éléments finis et dynamique moléculaire. À la fin de ce projet, nous démontrerons la validité du nouveau procédé en réalisant une fibre optique avec des propriétés de luminescence améliorées. Pour mener ce projet, le consortium est formé de 7 équipes permettant de couvrir tous les aspects liés à la fabrication, caractérisations chimiques/structurales des nanoparticules, caractérisations optiques ainsi que des techniques de simulations numériques structurelles et spectroscopiques.

Cette technologie aura des retombées dans un très grand nombre de Technologies Clés Génériques telles que la photonique, les nanotechnologies, les matériaux et procédés avancés.

Coordination du projet

Wilfried BLANC (Institut de Physique de Nice)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

CEMES Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales
CNRS DR12_FRE1739_CP2M Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)_Centre Pluridisciplinaire de Microscopie électronique et Microanalyse
GPM Groupe de physique des matériaux
LPhiA LABORATOIRE DE PHOTONIQUE D'ANGERS
ICGM Institut de chimie moléculaire et des matériaux - Institut Charles Gerhardt Montpellier
InPhyNi Institut de Physique de Nice
ICI-ECN Institut de Calcul Intensif

Aide de l'ANR 488 159 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2017 - 42 Mois

Liens utiles

Explorez notre base de projets financés

 

 

L’ANR met à disposition ses jeux de données sur les projets, cliquez ici pour en savoir plus.

Inscrivez-vous à notre newsletter
pour recevoir nos actualités
S'inscrire à notre newsletter