Projet ANR-14-CE07-0016 – Nice-DREAM : Etirage de matériaux amorphes dopés de nanoparticules
Programme : Produits (conception, procédés et matériaux) (DS0303) 2014
Année de financement : 2014
Coordinateur du projet : Monsieur Wilfried BLANC (Laboratoire de Physique de la Matière Condensée (LPMC), CNRS UMR 7336, Université Nice Sophia Antipolis)
Partenaires : Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux - Institut Charles Gerhardt Montpellier; Institut de physique du globe; Laboratoire de Photonique d'Angers; Laboratoire public
Montant : 446095.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 54 mois
Résumé : Ce projet vise à développer des fibres optiques amplificatrices originales, destinées à des applications photoniques, basées sur l'encapsulation d'ions luminescents (IL) dans des nanoparticules diélectriques (ND). Il concerne en particulier l'étude des modifications des ND lors de l'étirage, étape clé qui constitue un verrou technologique pour le développement de ces nouvelles fibres optiques. 
Le marché des fibres optiques est actuellement en pleine croissance dans des domaines tels que les télécommunications, l'usinage, la médecine, les capteurs. Cet essor est porté par des fibres à base de silice (SiO2) car ce verre offre de nombreux avantages mécaniques et économiques par rapport à d'autres verres. Néanmoins, les amplificateurs à fibres optiques basées sur ce verre sont limités à quelques bandes relativement étroites dans le proche-infrarouge. Le développement de nouvelles applications à base de fibres optiques à base de silice nécessite de repenser la nature et la structure du cœur des fibres pour atteindre des propriétés d'amplification « augmentées ». L'encapsulation d'IL dans les ND permet en principe d'en contrôler l'environnement et de pratiquer une ingénierie des propriétés spectroscopiques. De nouvelles fibres optiques sont développées selon ce principe. Elles permettent de combiner les avantages optiques et mécaniques de la silice et d'offrir des propriétés spectroscopiques qui n'existeraient pas autrement dans ce verre. 
La voie la plus prometteuse pour le développement d'un nouveau type de fibres optiques amplificatrices repose sur la synthèse des ND in-situ pendant la fabrication de la préforme. Il existe plusieurs méthodes pour préparer celle-ci. Cependant elles partagent toutes l'étape d'étirage, qui transforme une préforme de quelques cm de diamètre en une fibre de 125 µm. Ceci impose des conditions extrêmes de température (> 2000 °C) et de contraintes mécaniques. Actuellement il n'existe pas connaissances ni de modèles qui permettent l'ingénierie des propriétés spectroscopiques des ND dopées d'ions luminescents dans ces conditions.
Le sort des NP pendant l'étirage est donc la question principale à élucider. Dans ce contexte, notre approche originale est l'étude d'échantillons modèles pour s'affranchir des difficultés de caractérisations rencontrées avec les fibres. Le travail est organisé en quatre étapes sur 42 mois : (1) préparation de verres contenant des ND dopées d'ions luminescents, influence (2) des hautes températures puis (3) de l'élongation sur les ND et (4) démonstration d'une preuve de concept. Les expériences s'appuieront sur des modèles théoriques et des simulations en dynamique moléculaire. L'objectif principal est de déterminer la fonction de transfert de l'étape d'étirage, afin de spécifier les propriétés requises pour les ND dans la préforme en vue des propriétés visées dans la fibre. 
Avec cet objectif à l'esprit, nous avons constitué un consortium d'experts dans les domaines concernés :  verres, fibres optiques, nanomatériaux, séparation de phase dans les silicates, et thermodynamique. Les quatre partenaires académiques sont de réputation internationale. Leur compétence scientifique et technologique de niveau mondial s'étend maintenant à de nombreux domaines concernant les matériaux, avec des collaborations déjà engagées dans ces domaines: fabrication et caractérisation, optique, physico- chimie, spectroscopie et simulations numériques.
Fondée sur des techniques expérimentales et numériques pluridisciplinaires mûres, le projet  produira et analysera un grand nombre d'échantillons et de données de première importance pour la compréhension des ND dans les fibres à base de silice. Il en résultera une augmentation notable des connaissances scientifiques pour les matériaux photoniques, alors que les résultats technologiques devraient avoir un impact important dans les Technologies Clés Génériques telles que la photonique, les nanotechnologies, les matériaux avancés et les procédés avancés.