Description du sujet de thèse

Depuis l'avènement des fibres optiques dans les années 1980, le verre de silice s'est avéré être le plus utilisé grâce à ses nombreuses qualités. L'évolution des procédés de fabrication a permis de rendre ce verre extrêmement transparent, la lumière pouvant se propager sur plus de 100 km avant de perdre 99% de son intensité initiale. Cette ultra-transparence a conduit à l'ère des communications optiques. Son essor s'est également accompagné du développement d'une fibre amplificatrice dopée aux ions de terres rares (ions erbium, Er3+) pour amplifier la lumière pour des longueurs d'onde autour de 1,5 µm [1]. Là encore, cette fibre était fabriquée en silice. Malgré tous ces succès, les fibres de silice présentent également des limites imposées par le verre. Par exemple, les propriétés de luminescence sont liées à l'environnement chimique et structurel des ions de terres rares. Un environnement cristallin pourrait donc être intéressant pour la production de lasers à fibre car les sections efficaces d'absorption et d'émission sont plus élevées que dans le verre.

Pour répondre à cette attente, une nouvelle famille de fibres optiques est en cours de développement. Son originalité réside dans la présence de nanoparticules au sein du cœur de la fibre optique [2]. Cette approche permet de conserver un verre de silice tout en apportant de nouvelles propriétés grâce à la présence de nanoparticules. En incorporant des ions de terres rares dans ces nanoparticules, le nouvel environnement chimique et structurel ouvre ainsi de nouvelles propriétés de luminescence.

Les nanoparticules dans les fibres optiques peuvent être obtenues principalement par deux voies. La première est basée sur des mécanismes thermodynamiques pour former des nanoparticules par séparation de phase [3]. La seconde approche consiste à pré-synthétiser les nanoparticules et à les inclure dans le verre. C'est cette seconde voie qui sera plus particulièrement étudiée au cours de cette thèse. Bien qu'elle semble plus simple que la première approche, la difficulté du dopage avec des nanoparticules pré-synthétisées réside dans leur survie tout au long du processus de fabrication en raison des hautes températures impliquées. L'Institut de Physique de Nice (France) et le Photonic Glasses Group de l'Université de Tampere (Finlande) ont rapporté pour la première fois que le dopage avec des cristaux d'YbPO4 conduisait à la présence de ces mêmes cristaux dans la fibre optique [4]. Ce résultat constitue le point de départ de ce sujet de recherche. Au cours de la thèse, des nanocristaux (dopés avec des ions Er3+) de différentes compositions seront préparés par voie chimique. Ils seront ensuite insérés dans des verres préparés par le procédé de fusion ou par le procédé de dépôt chimique en phase vapeur modifié. Les tiges de verre ainsi obtenues seront ensuite étirées en fibres optiques. Les nanoparticules seront caractérisées à chaque étape pour suivre leur évolution, ainsi que les propriétés de luminescence des ions Er3+.

Les principaux objectifs du doctorat sont les suivants
- Faire progresser la compréhension fondamentale de la synthèse des nanoparticules Er3+ avec une taille, une distribution de taille et des propriétés spectroscopiques adaptées.
- Assurer la survie et la dispersion des nanoparticules dans les préformes de silice et de silicate préparées par MCVD et par fusion.
- Déterminer les paramètres clés pendant le processus d'étirage pour fabriquer des fibres contenant des nanoparticules avec une faible perte et de fortes propriétés spectroscopiques.

[1] E. Desurvire, Erbium-Doped Fiber Amplifiers: Principles and Applications, 2002, Wiley
[2] A. Veber, Z. Lu, M. Vermillac, F. Pigeonneau, W. Blanc, and L. Petit, Nano-structured optical fibers made of glass-ceramics, and phase separated and metallic particle-containing glasses. Fibers, 7(12), p.105, 2019
[3] W. Blanc, V. Mauroy, L. Nguyen, B.N. Shivakiran Bhaktha, P. Sebbah, B.P. Pal, and B. Dussardier, Fabrication of rare earth‐doped transparent glass ceramic optical fibers by modified chemical vapor deposition. Journal of the American Ceramic Society, 94(8), pp.2315-2318, 2011
[4] Z. Lu, N. Vakula, M. Ude, M. Cabié, T. Neisius, F. Orange, F. Pigeonneau, L. Petit, and W. Blanc, YbPO4 crystals in as-drawn silica-based optical fibers. Optical Materials, 138, p.113644, 2023

Contexte de travail

Au cours des quatre dernières décennies, le verre, les vitrocéramiques et les composites ont contribué aux avancées socio-économiques les plus avancées en tant que matériaux de haute technologie. Pour concurrencer les économies émergentes comme la Chine et l'Inde, le secteur verrier européen doit viser le leadership en investissant davantage dans la recherche et l'innovation afin de développer de nouveaux matériaux et de former des spécialistes pour un marché concurrentiel mais prometteur.

Contribuer à ce défi est l'objectif principal du projet « Verres fonctionnels structurés pour applications laser, de détection et de santé » (FunctiGlass), dédié aux matériaux de haute technologie avancés pour trois secteurs : les sources lumineuses, les capteurs et les applications biologiques.

FunctiGlass, coordonné par le CNRS, est un programme de recherche et de formation interdisciplinaire unique, avec un double diplôme, dans le cadre des réseaux doctoraux d'Horizon Europe (Actions Marie-Skłodowska Curie, projet 101169415). Il formera 11 doctorants qui participeront à un programme conjoint de formation à la recherche basé sur une coopération très étroite entre le monde universitaire et l'industrie. Il permettra aux stagiaires d'évoluer dans 11 environnements académiques (universités et instituts de recherche) et 9 environnements non académiques (industrie et PME) représentant 9 pays différents. Chaque doctorant sera encadré par deux tuteurs académiques de différents pays (partageant leur temps entre les deux unités) et un mentor (partenaire industriel) afin de garantir le partage de connaissances intersectorielles et l'acquisition de compétences transférables, axées sur l'entrepreneuriat et l'innovation. Grâce à la formation multidimensionnelle du programme FunctiGlass, les 11 doctorants excelleront dans l'économie du futur en acquérant une perspective et un état d'esprit pluridimensionnels pour devenir de futurs leaders de la science du verre, et en particulier des matériaux nano/microstructurés à base de verre. Grâce à ce programme, ils trouveront leur propre voie d'innovation, que ce soit dans le milieu universitaire ou dans l'industrie.

Le projet créera les conditions nécessaires à l'établissement de relations durables entre les secteurs académique et privé pour le transfert de technologies et de compétences. Cinq établissements délivreront les doubles diplômes : Université Côte d’Azur (Nice, France), Universités de Tampere (Finlande), Université Gottfried Wilhelm Leibniz de Hanovre (Allemagne), Université Milan-Bicocca (Italie) et Institut de recherche sur les basses températures et les structures de l’Académie polonaise des sciences (Wroclaw, Pologne).

Partenaires industriels : AOI Tech (France), Corning (France), Fastlite (France), Klearia (France), Else Nuclear (Italie), Nobula3D (Suède), Nyfors Teknologi (Suède), Rosendahl Nextrom (Finlande), Scout Scientific Outsourcing (Pologne).

Autres universités partenaires du projet (ne délivrant pas de doctorats) : Université de Cergy-Pontoise (France), Université de Gand (Belgique), Université de Pardubice (République tchèque), Université de Nazarbayev (Kazakhstan), Université d’Umeå (Suède).

Pour cette thèse, d'une durée de 4 ans, le laboratoire d'accueil est l'Institut de Physique de Nice (Nice, France) et le directeur de thèse est Wilfried Blanc. Le laboratoire co-organisateur est le Laboratoire de Photonique de l'Université de Tampere (Finlande), avec Laeticia Petit comme co-directrice. Le mentor industriel est NYFORS (Suède). Le/La candidat(e) partagera son temps entre les deux pays.

Site web du projet : https://functiglass.eu


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.

Contraintes et risques

Critères de recrutement
- Règle de mobilité MSCA : les chercheurs ne doivent pas avoir résidé ni exercé leur activité principale (travail, études, etc.) dans le pays du bénéficiaire recruteur pendant plus de 12 mois au cours des 36 mois précédant immédiatement leur date de recrutement.
- Tous les chercheurs recrutés dans le cadre d’un contrat de recrutement doivent être doctorants (c’est-à-dire ne pas être déjà titulaires d’un doctorat à la date de recrutement).
- Être titulaire d’un master avant la date de début du contrat.
- Excellence scientifique requise pour le projet de doctorat.
- Maîtrise de l’anglais (oral et écrit), le projet se déroulant en anglais. La maîtrise du français serait appréciée.
- La connaissance de la langue du pays d'accueil peut être considérée comme un atout.
- Esprit d'équipe.

Critères spécifiques à ce doctorat :
- Bonnes connaissances en science des matériaux, luminescence et technologie des fibres.
- Connaissances de base en cristallographie et optique en guide d'ondes.
- Master en science des matériaux ou physique, ou équivalent, avec une expérience en travaux expérimentaux.

Le salaire mensuel brut, basé sur les règles MSCA, varie entre 1 920 € et 4 063 €, selon le pays de recrutement.

L'étudiant(e) percevra également une allocation de mobilité et une allocation familiale (selon la situation familiale) pouvant atteindre respectivement 600 € et 495 € par mois.

Le/La doctorant(e) partagera son temps entre les deux universités, sur la base d'une longue période dans chaque pays.