Projet ANR-12-IS04-0002 – DYLIPSS : Dynamique des Structures Périodiques de Surface Induites par Laser
Programme : Blanc International II - SIMI 4 - Physique (Blanc Inter II - SIMI 4) 2012
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Monsieur Jean-Philippe COLOMBIER (Laboratoire Hubert Curien)
Partenaires : Laboratoire Hubert Curien; INFLPR National Institute for Laser, Plasma and Radiation Physics
Montant : 228790.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 36 mois
Résumé : L’évolution technologique actuelle du traitement de matériaux par laser est dictée par le développement de procédés précis, structurant avec un haut niveau de précision. Ceci requiert essentiellement d’établir de nouveaux procédés opérant sur des échelles micro et nanométriques. L’intérêt fortement accru des matériaux nanostructurés provient des effets remarquables émergeant des Structures Périodiques de Surface Induites par Laser (LIPSS), consistant en des structures arrangées périodiquement sur des échelles sub-micrométriques.  Des propriétés intéressantes et des applications en optique, électronique, tribologie, etc… apparaissent quand la dimensionnalité est augmentée en modifiant la topologie d’une surface pratiquement lisse en un système composé d’arrangements périodiques. L’auto-organisation nanométrique des surfaces a des applications telles que la mouillabilité, marquage laser, codage couleur pour la contre-façon. Aligné sur des efforts initiés internationalement, nous proposons une double approche d'investigation des mécanismes de formation : une étude dynamique des mécanismes d'excitation primaires afin d’examiner les hypothèses actuelles, et une approche de contrôle par laser pour améliorer de manière significative la qualité des structures en surface. Le projet repose sur une collaboration franco-roumaine ayant pour expertise la conception de propriétés matériaux par ingénierie laser. S’appuyant sur le partenariat initié récemment dans le cadre du programme de Coopération Bilatéral Brâncusi, notre approche propose des directions d’amélioration du caractère fonctionnel des surfaces nanostructurées par laser. 
De nombreuses études ont démontré que les impulsions laser ultracourtes étaient capables de former des rides en surface d'un grand nombre de matériaux. Une forte sensibilité à la polarisation du laser a été remarquée, sans doute en raison d’une réponse plasmonique mais cette hypothèse ne peut expliquer tout les différents comportements observés. Plusieurs interrogations persistent concernant la dépendance en longueur d’onde, en orientation et en constraste des structures en fonction des paramètres laser, et des effets d'incubation. Ils doivent encore être résolus pour optimiser les propriétés de tels systèmes périodiquement ordonnés. Une meilleure compréhension des différents mécanismes (couplage laser, excitation, et auto-organisation) est nécessaire pour contrôler l'effet du laser ultracourt. Les objectifs de ce programme en 3 ans sont de cerner les conditions d'irradiation ultrarapides permettant d’atteindre la topologie désirée. Les propriétés optiques transitoires, la réponse plasmonique et la capillarité, seront sondées pour adapter les caractéristiques temporelles de l'excitation laser à la réponse du matériau. Le défi sera enfin de développer un processus de nanostructuration rapide et reproductible, et à déterminer les limites de cette technique en termes de taille minimale de structure, de haut contraste et de haute précision. Ce projet va premièrement développer les moyens d'évaluation in-situ et résolu en temps pour le changement d’indice optique induit par laser et les effets thermiques. Une seconde ligne de recherche fondamentale regroupe le couplage plasmonique, l'étape de déséquilibre électron-phonon, les transformations de phase successives et enfin la dynamique de la surface via les gradients de tension de surface. Un ensemble de simulations numériques des effets induits par laser, basées sur la Dynamique Moléculaire Quantique et l’approche hydrodynamique, accompagnera cette étude. Les aspects ingénierie par mise en forme temporelle des impulsions laser pour contrôler l'excitation du matériau et l’auto-organisation des surfaces nanostructurées seront considérés en fin de projet. Une dernière étape sera consacrée à la transformation de ces moyens d'évaluation/contrôle en systèmes de mise en forme à haute résolution pouvant être mis en œuvre dans des environnements industriels.