Microstructuration 3D de nanocristaux réfractaires par laser IR à impulsions ultra-brèves dans des verres d'oxydes pour des applications photoniques hautes températures – REFRACTEMP

Un large panel d’applications industrielles requiert des environnements hautes températures (typ. > 800°C), comme les moteurs/propulseurs pour l’aéronautique et le spatial ou encore les enceintes réactionnelles (sidérurgie, fabrication additive par laser, réacteurs nucléaires). Dans ces environnements, l’utilisation de composants optiques réalisés sur des matériaux vitreux, tels que des capteurs de température/pression fibrés (réseaux de Bragg, rétrodiffusion Rayleigh etc.) permettent une flexibilité de mise en forme (fibres, massifs), sont peu intrusifs, légers, et multiplexables. L’approche actuelle est basée sur l’utilisation de fibres commerciales initialement dédiées aux télécommunications et étant composées de silice légèrement dopée. Ces dernières sont fonctionnalisées par irradiation laser en imprimant un changement local de structure, tout en préservant leur nature vitreuse. Pour aller au-delà des limites imposées par cette approche conventionnelle, ce projet propose une méthodologie disruptive : 1) utiliser et développer des verres/fibres dédiés aux applications hautes températures et 2) baser la stabilité des capteurs non pas sur de simples variations d’indice mais sur la photo-précipitation de nanocristaux réfractaires connus (ex : YAG, Al2O3, ZrO2, voire des mélanges eutectiques de ces composés actuellement utilisés en aéronautique). Cette approche innovante nécessite l’utilisation de méthodes non-conventionnelles. D’une part pour la synthèse et le formage des verres (fibres « Molten Core », lévitation aérodynamique), et d’autre part l’utilisation des lasers à impulsions ultra-brèves permettant de précipiter en 3D des nanocristaux dont les caractéristiques (taille / composition / orientation dans l’espace) peuvent être finement contrôlées. L’approche choisie sera testée par le prototypage de capteurs de température dédiés à l’aéronautique pour des mesures de gaz d’échappement sur la base d’un cahier des charges fournit par un partenaire industriel.