Amer Aoun soutiendra sa thèse intitulée “Amélioration de la durée de vie des Composants Optiques pour Lasers de Puissance dans l’Espace” le mardi 3 février 2026 à 10h00 en Amphi Ponte, sur le Campus St Jérôme à Marseille.
La présentation « Improving the Lifetime of Optics for High-Power Lasers in Space » et les slides seront en anglais.
Composition du Jury :
– Marco Jupé, Laser Zentrum Hannover e.V, Rapporteur
– Brigitte Caussat, ENSIACET-INP, Rapporteur
– Alessandra Ciapponi, European Space Agency (ESA), Examinateur
– Laurent Lamaignere, CEA-CESTA, Examinateur
– Christian Loppacher, IM2NP, AMU, Président du Jury
– Thomas Gineste, Airbus Defence and Space, Invité
– Delphine Faye, Centre National d’Études Spatiales (CNES), Invité
– Frank Wagner, Institut Fresnel, AMU, Directeur de thèse
– Jean-Yves Natoli, Institut Fresnel, AMU, Co-directeur de thèse
Résumé : Les lasers, en tant que technologie clé, ont intégré le domaine des applications spatiales depuis un certain temps. De nombreuses missions spatiales récentes, actuelles et futures reposent sur des instruments optiques embarqués intégrant des lasers nanosecondes de haute puissance afin d’atteindre des performances autrement inaccessibles. Toutefois, la durée de vie de ces instruments demeure un paramètre limitant en raison d’un effet connu sous le nom de “contamination induite par laser”(LIC). Ce phénomène est particulièrement fréquent avec les lasers ultraviolets opérant sous vide, comme dans les applications spatiales, d’optique quantique ou de lithographie, où les interactions entre le laser, les optiques et les molécules organiques volatiles conduisent à la formation de dépôts organiques, nanométriques et absorbants sur les optiques irradiées.
Dans les applications spatiales, la maintenance et le nettoyage des optiques sont très complexes. Ainsi, ces dépôts deviennent permanents et, à mesure qu’ils s’accumulent, ils dégradent les performances optiques de l’instrument, réduisant sa durée de vie et, dans certains cas, mettant en péril la mission. Par conséquent, comprendre et réduire la LIC est crucial pour assurer le succès des futures missions spatiales exploitant des technologies à base de lasers de haute puissance. Pour répondre à cet enjeu, un dispositif expérimental capable de générer des dépôts de LIC dans des conditions simulant l’environnement spatial a été développé à l’Institut Fresnel. Une combinaison de techniques de caractérisation in situ et ex situ a été utilisée pour étudier différents aspects de la formation et de l’évolution chimique des dépôts LIC. Les diagnostics in situ comprennent des mesures de transmission, de la fluorescence induite par laser et de la spectrométrie de masse en phase gazeuse, tandis que les analyses ex situ utilisent la microscopie Nomarski et d’interférométrie à lumière blanche (SWLI), la microscopie à force atomique (AFM), la spectroscopie de photoélectrons X (XPS), la spectroscopie infrarouge photothermique (O-PTIR), la spectroscopie Raman, ainsi que la spectrométrie de masse à ions secondaires à temps de vol (ToF-SIMS). Une procédure expérimentale a été élaborée pour garantir la reproductibilité des résultats, et une étude paramétrique a été menée afin d’examiner, confirmer, infirmer et étendre la littérature existante. Deux contaminants ont été utilisés : un contaminant représentatif de l’environnement spatial issu du dégazage de l’adhésif époxy Scotch-Weld™ EC-2216 B/A Gray, et un contaminant pur, le diméthyle phthalate, un plastifiant courant dans les polymères. Les analyses morphologiques ont révélé que la morphologie des dépôts correspondait au profil du faisceau laser et présentait l’évolution attendue de type bosse-vers-cratère, bien que des différences ont été observées selon le contaminant utilisé. Contrairement aux hypothèses dans la littérature, l’épaisseur maximale du dépôt continuait d’augmenter même après la formation du cratère. L’impact de la pression partielle du contaminant, de la technique de nettoyage de l’échantillon, du profil temporel des impulsions laser, de la fluence crête et de la durée d’irradiation sur la croissance des dépôts a été évalué, conduisant à la proposition d’un modèle décrivant la dynamique de croissance des dépôts. Des images AFM haute résolution ont révélé une structuration à l’échelle nanométrique au sein du dépôt, ce qui a conduit à des hypothèses préliminaires sur la phase de nucléation. Les analyses chimiques ont montré que la composition chimique des dépôts LIC diffère significativement de celle des contaminants simplement condensés, qu’elle est distribuée de manière hétérogène à la surface du dépôt et qu’elle évolue constamment sous irradiation. Il a été constaté que la bordure du dépôt est composée de molécules lourdes et réticulées, tandis que le cratère est constitué d’un matériau de type graphite formé par les transformations chimiques du dépôt initial induites par le laser. L’utilisation d’un contaminant pur a simplifié les analyses chimiques et permis l’identification de fragments et de voies réactionnelles possibles reliant le diméthyle phtalate à un dépôt de LIC de type graphite. Un nettoyage laser en présence d’oxygène a également été testé : il s’est révélé efficace avant la graphitisation, mais est devenu moins performant une fois les cratères formés.
