Caractérisations tribomécaniques in situ de couches minces hybrides pour l'optique ophtalmique

Nombreuses sont les personnes souffrant d’un trouble de la vision et le port de lunettes reste la solution la plus simple pour pallier les deficits visuels primaires tels que la myopie, l’hypermetropie ou la presbytie. Les ameliorations et les progres technologiques tournant autour des lunettes sont donc d’un interet certain pour nombre de personnes. En consequence, l’industrie du verre ophtalmique redouble d’efforts et d’imagination afin de mettre en oeuvre des solutions ameliorant l’acuite visuelle mais aussi le confort des porteurs de lunettes. Dans ce contexte, l’ingenierie des couches minces, des surfaces et des interfaces tient une place de choix pour l’apport de solutions perennes innovantes. Ainsi, les revetements antireflets sont encore a l’heure actuelle au coeur d’intenses recherches. Originellement tournee vers le design optique, la communaute scientifique des couches minces pour l’optique oriente de plus en plus ses recherches vers l’obtention de nouveaux materiaux hybrides afin de pouvoir concevoir des filtres optiques plus durables. En effet, l’avenement de materiaux hybrides offrant une large gamme de proprietes mecaniques permettra d’allier conception optique et conception mecanique lors de design de filtre interferentiel. Si cette prouesse ne peut etre obtenue sans l’elaboration de nouveaux materiaux, elle ne saurait etre atteinte sans le developpement de methodologies adequates servant a guider le design dans le choix de ces materiaux ainsi que dans leur arrangement au sein du filtre. C’est exactement dans ce cadre qu’ont debute au sein du LaRFIS les recherches sur les materiaux hybrides deposes par IBACVD (Ion Beam Assisted Chemical Vapor Deposition) dans lesquelles s’inscrivent les travaux presentes dans cette these. Ainsi, l’objectif principal des travaux realises au cours de ce doctorat s’oriente vers la caracterisation tribomecanique des couches minces pour l’optique ophtalmique. Ce domaine de recherche implique en lui-meme deux contraintes majeures, le depot de couches tres minces et leur caracterisation a l’echelle nanometrique ainsi que l’utilisation de substrat plastique. Dans la premiere etude, une nouvelle approche est proposee pour l’execution et l’analyse de tests de rayure. Cette approche a necessite le developpement d’un accessoire special permettant l’observation in situ de la zone de contact durant le test. Deux polariseurs lineaires ont ete ajoutes a un systeme optique constitue d’une camera CCD et d’un objectif a longue distance de travail. ----------Abstract For many people suffering from a visual disorder, wearing glasses is the simplest solution as it allows for an easy correction of primary visual deficits such as myopia, hyperopia, and presbyopia. Improvements and technological advancements of eyeglasses are therefore of great interest. To address this, ophthalmic lens manufacturers require an increased effort and imagination to implement solutions that improve visual acuity as well as comfort. In this context, the engineering of thin films, surfaces and interfaces are very important for providing innovative sustainable solutions. In particular, further developments of anti-reflective coatings attract intense research. Originally, the interest of the scientific community of optical thin films was principally devoted to optical design. However, nowadays more and more researchers are focusing on the development of new hybrid materials in order to design more durable optical filters. Hybrid layers represent a great opportunity for the optical thin film community. Indeed, the advent of these hybrid materials, having a wide range of mechanical properties, will allow one to combine optical design and mechanical design in a sole interference filter. Complementary to the advances in new materials is the development of new, appropriate, methodologies to guide design in choosing these materials and implementing them within the filter. It is in this context that research on hybrid materials deposited by IBACVD (Ion beam assisted chemical vapor deposition) began, a few years ago, within LaRFIS. The previous work on hybrid materials represents the background for the work performed during this thesis. Indeed, the main objective of the work of this PhD is focused on the tribomechanical characterization of thin films for ophthalmic optics. This research area consists of three major constituents: the deposition of very thin layers, their characterization at the nanoscale, and the use of plastic substrates. In the first study, a new approach is proposed for performing and analysing scratch tests. This approach has required the development of a special setup allowing for in situ observation of the contact area during the test. Two linear polarizers have been added to an optical system consisting of a CCD camera and a long working distance microscope objective. They allow one to visualize the in-plane stress field in the sample while benefiting from the principle of photoelasticimetry if the substrates are birefringent under stress.