Fenêtres optiques Multifonctionnelles : AntiReflets Superhydrophobes – F-MARS

Le projet F-MARS propose de concevoir et de réaliser des fenêtres optiques multifonctionnelles (antireflets et superhydrophobes), en s’appuyant sur les propriétés remarquables offertes par les surfaces nanostructurées. Ce projet de recherche est motivé par les résultats très prometteurs obtenus dans le cadre de la thèse DGA/Thales de Timothée Mouterde et dans les travaux TRT. Dans ces études, l’effet de la taille et de la forme de micro et nano-rugosités sur le comportement des surfaces superhydrophobes a été étudié à l’aide de surfaces modèles. Ces travaux ont démontré la grande diversité des propriétés fluidiques (anti-pluie, anti-buée) permises par ces surfaces, en fonction de l’échelle des rugosités. D’autre part, ils ont mis en évidence la compatibilité possible avec l’obtention de propriétés antireflets haute performances (large bande, fort angle d’incidence), par l’utilisation de nanostructures de forme conique. Ils ouvrent ainsi une nouvelle voie pour la réalisation de fenêtres optiques multifonctionnelles. Ces dernières visent à répondre aux besoins de nombreux systèmes optiques utilisés dans les domaines civils et militaires : systèmes de veille panoramique terrestres et maritimes, caméras visibles et infrarouges, fenêtres utilisées dans l’instrumentation spatiale, … Le constat fait aujourd’hui est celui d’un réel décalage entre la haute technicité de ces systèmes et leur limite d’utilisation en environnement humide. Le projet vise à permettre leur simplification (suppression des essuie-glaces, des systèmes de régénération, …) et l’augmentation de leurs performances (meilleur rendement optique, temps d’opération).

Outre la multifonctionnalité, l’un des différenciateurs technologiques du projet réside dans le fait que les micro/nanorugosités ne sont pas créées par un revêtement, comme dans les solutions aujourd’hui disponibles sur le marché, mais par la structuration directe du matériau constituant les fenêtres optiques. Les travaux du consortium, constitué de deux partenaires académiques : le PMMH (Laboratoire de Physique et Mécanique des Milieux Hétérogène-ESPCI) et le LMS (Laboratoire de Mécanique des Solides-Ecole Polytechnique) et d’un industriel (Thales TRT), porteront ainsi sur des études fondamentales, visant à comprendre la physique des petites échelles, et sur le développement de procédés de nanostructuration pré-industriels. Au regard de l’état de l’art, les challenges du projet F-MARS sont les suivants :

(1) Développer des procédés grandes surfaces (fenêtres 3 pouces) pour la nanostructuration de matériaux visibles (verre) et infrarouges (silicium et germanium) La nanoimpression est la solution industrielle retenue pour atteindre cet objectif.

(2) Caractériser et optimiser la tenue mécanique de ces surfaces nanostructurées. La nature même de notre approche, basée sur la structuration des matériaux, répond à cet objectif. Une piste complémentaire également adressée dans le projet concernera le recouvrement des nanostructures par une couche mince d’une dureté comparable à celle du saphir ou diamant.


(3) Déterminer, par la modélisation et l’expérience, les géométries de structures permettant l’obtention simultanée de propriétés antireflets, de tenue mécanique et de superhydrophobie (anti-pluie, anti-buée, auto-nettoyantes) pour trois bandes spectrales (visible, moyen et lointain infrarouge). Afin d’obtenir la géométrie permettant le meilleur compromis, nous réaliserons une étude paramétrique de ces propriétés.


L’ensemble de ces études aboutira à la démonstration d’une fenêtre optique multifonctionnelle (antireflet superhydrophobe) avec des technologies applicables aux systèmes optiques des produits de l’industrie française.