Description du sujet de thèse

La thèse expérimentale proposée s’inscrit dans le contexte de la fabrication dite additive (FA, ou communément « impression 3D ») de composants pour la photonique [1-4]. Nous visons la fabrication additive assistée par laser de « fonctions optiques » dans les préformes en verre de silice. Ces préformes seront ensuite étirées en fibres optiques, contenant ces « fonctions ». Une technique de fabrication additive, basée sur la polymérisation multiphotonique (MPP multi-photon polymerization) de résines polymères chargées de particules d’oxydes en objets vitreux a été mise en œuvre au laboratoire. L’originalité de l’approche choisie à INPHYNI tient dans la configuration d’écriture des motifs par laser, et l’intégration de cette étape dans la fabrication de la préforme par une technique bien maîtrisée à INPHYNI. La nouvelle technique permettra de fabriquer des structures complexes intégrées dans des fibres optiques, avec un contrôle tridimensionnel des compositions et des formes. La thèse proposée vise à définir les conditions expérimentales nécessaires pour réaliser des objets en verre sur le substrat en silice de fabrication des préformes, et d’étudier les paramètres nécessaires à l’obtention de « fonctions » dans les fibres optiques finales. Le travail principal est expérimental, orienté vers la synthèse et la transformation des matériaux utilisant la MPP et une méthode standard de fabrication de fibres optiques en silice, adaptée pour la FA.

Les domaines d’application envisagés pour les nouvelles fibres contenant les composants imprimés sont nombreux : énergie, environnement, santé, aéronautique, usinage, marquage, communications, sécurité, défense, agro-alimentaire, etc. Les collaborations académiques visées sont très nombreuses, de l’échelle locale (diverses équipes au sein d’INPHYNI, laboratoires de l’Université Côte d’Azur) à l’échelle régionale (réseaux des pôles SCS et SAFE) et aux échelles nationale (réseau GIS GRIFON/CNRS [5], INRAE) et internationale. Des collaborations industrielles pourront être initiées sur la base des travaux obtenus durant cette thèse.

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES :
[1] F. Kotz, P. Risch, K. Arnold, S. Sevim, J. Puigmartí-Luis, A. Quick, M. Thiel, A. Hrynevich, P. D. Dalton, D. Helmer, and B. E. Rapp, "Fabrication of arbitrary three-dimensional suspended hollow microstructures in transparent fused silica glass," Nat Commun 10, 1439 (2019).
[2] Y. Chu, X. Fu, Y. Luo, J. Canning, Y. Tian, K. Cook, J. Zhang, and G.-D. Peng, "Silica optical fiber drawn from 3D printed preforms," Opt. Lett., 44, 5358–5361 (2019).
[3] R. Dylla-Spears et al., “3D printed gradient index glass optics”, Science Advances 6 (2020) eabc7429
[4] T. Doualle, J.-C. André, & L. Gallais, "3D printing of silica glass through a multiphoton polymerization process," Opt. Lett. 46, 364-367 (2021)
[5] Groupement d’Intérêt Scientifique GRIFON. https://grifon.xlim.fr/

Contexte de travail

L'Institut de Physique de Nice (INPHYNI) est une unité mixte de recherche (UMR 7010) affiliée à l'Université Côte d'Azur (UCA) et au Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS). Les activités de l’INPHYNI s’articulent autour de trois axes principaux : ondes et physique quantique, photonique et physique non linéaire, fluides complexes et biophysique. Les projets développés autour de ces thématiques couvrent les aspects théoriques, fondamentaux et expérimentaux ainsi que les applications. Ces projets bénéficient notamment de l’appui de plateformes technologiques et de services techniques partagés.
CONTEXTE DE LA THESE: La thèse expérimentale se fera sous la direction de Bernard Dussardier et Matthieu Bellec, en collaboration entre deux équipes d’INPHYNI, et avec deux laboratoires (IRCER à Limoges et ICMCB à Bordeaux) dans le cadre d’un contrat ANR « COP3D » [6]. Le projet COP3D vise à démontrer le principe de fibres optiques aux propriétés paramagnétiques ou photochromiques ou non-linéaires innovantes apportées par la FA. De plus amples détails seront donnés en communication privée.
L’équipement nécessaire est disponible à INPHYNI, grâce au soutien par le PIA3 dans le projet « Add4P » [7]) et la Région SUD. Dans ce cadre, INPHYNI vise à développer la fabrication additive pour la photonique, et particulièrement dans les fibres optiques.
[6] COP3D : « Complex and composite OPtical glass preforms and fibers processed by 3D printing for photonic applications », ANR-23-CE51-0014-03
[7] Add4P « Additive manufacturing of glasses and components for Photonics », Plan d’Investissement d’Avenir 3, programme Equipex+, ANR-21-ESRE-0007.

METHODE:
- tester l’impression d’objets en résines photopolymérisables, et des résines chargées de nanoparticules de silice sous laser.
- développer le procédé de décarbonation des objets imprimés et les densifier en objets en verre.
- caractériser les matériaux synthétisés (composition, structure, propriétés optiques)
- réaliser des composants optiques, choisis comme démonstrateurs.

RESULTATS ATTENDUS:
- jeux de paramètres chimiques, physico chimiques et optiques (paramètres laser) pour réaliser des objets de bonne qualité.
- preuve de concept de la méthode de fabrication, par la maîtrise de l’objet fini.

PROFIL RECHERCHÉ :
Ce sujet de thèse concerne principalement les aspects physico-chimiques et d’ingénierie de la photo-polymérisation de résines polymères chargées de particules de verre ou cristallines. Le travail inclura la mise à jour bibliographique sur le sujet, la caractérisation des matériaux durant les diverses étapes de la synthèse et de la transformation en fibre optique. La simulation numérique des étapes d’impression est envisagée.
La candidate ou le candidat aura un Master ou équivalent en physique, chimie ou en physico-chimie, aura réalisé un projet de master (ou équivalent) expérimental, de préférence dans le domaine de la synthèse et la caractérisation de matériaux pour l’optique. Une formation et une expérience en synthèse par écriture laser multi-photonique sera un plus. Une expérience en simulations numériques multiphysique sera très appréciée. De même une expérience ou une curiosité marquée vers les autres disciplines impliquées dans ce projet, notamment la photonique, sera un plus. Enfin, on recherche une personnalité autonome, rigoureuse, curieuse et communicante, tant à l’écrit qu’à l’oral. La connaissance du français n’est pas exigée. Un niveau en anglais B2 est demandé.

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Informations complémentaires

Projet de recherche ANR "COP3D": https://anr.fr/Projet-ANR-23-CE51-0014