Paramètres expérimentaux pertinents

Nous appelons « paramètres optimaux », les pa a t es pe etta t d o te i des a opa ti ules sphériques de dia t e d au oi s et de o e t atio le e, est-à-dire correspondant à un facteur de remplissage surfacique de l ordre de 50 % (bien que non mesuré de façon précise).

1.2.2.1.1 Influence de la focalisation du laser

Comme indiqué précédemment (paragraphes 1.1.2 et 1.1.3), la couche contenant les ions Ag+ a une épaisseur de quelques micromètres et la concentration des ions Ag+ décroit « rapidement » à l i t ieu du verre. Par conséquent, pour que les irradiations soient efficaces, il est nécessaire que le lase soit fo alis su la su fa e, est-à-dire là où la concentration des ions Ag+

est la plus élevée. De plus, du fait de la très forte absorption de la matrice vitreuse à 244 nm, la profondeur de pénétration du laser dans le verre est réduite à quelques micromètres, ce qui rend inintéressante la focalisation du laser dans le volume de la zone échangée. La figure 60 o t e l i flue e des o ditio s de focalisation sur la surface du verre (cliché obtenu par microscopie optique en réflexion). Entre chaque trait photo-i s it, l ha tillo a su i u e t a slatio a iale de µ , permettant ainsi de fai e a ie le poi t de fo alisatio de l o je tif de i os ope su l ha tillo . De gau he à d oite, la fo alisatio a t alis e à pa ti de l i t ieu de l ha tillo e s l e t ieu de l ha tillo . De par son rendu au microscope, nous avons estimé que le trait au centre de la figure 60 correspond à une focalisation à la surface du verre. On peut constater que les effets photoinduits sont les plus

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Figure 60 : i flue e de la fo alisatio du lase su la po se du e e à l i solatio i os opie opti ue e réflexion). Le a d i solatio o po te gale e t u dispositif u i d u e la pe la he et d u e a a pe etta t l o se atio di e te de la su fa e du verre et donc un réglage aisé de la focalisation.

1.2.2.1.2 Influence de la puissance laser

Une fois le laser focalisé à la surface du verre, il nous a fallu ensuite déterminer les puissances nécessaires à la croissance de « grosses » nanoparticules, sans pour autant entrainer la détérioration de la su fa e du e e. E fo alisa t le lase a e l o je tif de i os ope , u e la ge ga e de puissa es pe et de fo e les a opa ti ules d a ge t adapt es à u e tuel effet “E‘“, depuis jus u à W pou les verres échangés dans les conditions optimales (cf. paragraphe 1.1.4). On appellera ces puissances, « puissance utiles ». Pour les puissances plus faibles, la surface du verre appa aît ue t s peu i pa t e le e e est do t s fai le e t odifi , e ui i di ue ue la croissance de « grosses » a opa ti ules t s o e t es a pas eu lieu, ta dis u à pa ti d u certain seuil de densité de puissance, on observe une modification nette de la zone irradiée, s o e de la oissa e de a opa ti ules o e t es. E effet, l o se atio e i os opie opti ue e fle io telle u i stall e su ot e a d u t ait i sol est possible que lorsque le coefficient de réflexion du verre est fortement modifié par la présence des nanoparticules. Ceci ne se p oduit u e as de o e t atio e a opa ti ules le e [113]. Au-delà de 150 mW, les nanoparticules ne croissent plus mais la surface de la zone irradiée se détériore, rendant une éventuelle utilisation de la zone insolée impossible.

1.2.2.1.3 I flue e de la du e d’i adiatio ou vitesse de déplacement)

Out e les pa a t es d jà it s, la du e d i adiatio est gale e t u pa a t e d te i a t. Nous avons d ailleu s pu ide tifie deu a is es su essifs diff e ts ui se p oduise t du a t l i adiatio lase . Ces a is es se o t d its e d tail da s le pa ag aphe 1.2.3. Nous montrerons en particulier que la température du verre augmente très fortement dans la zone insolée et se sta ilise pou des du es d i solatio de s au oi s. Pa o s ue t, la d te i atio de

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la densité de puissance laser optimale pou fa i ue les su st ats “E‘“ d si s e s o tie t ue pou u e du e d i solatio do e. Lo s de l i solatio pa u spot à la surface du verre, la durée d i adiatio est fi e a e u shutte opti ue tminimum = 4 ms). Lorsque nous insolons des traits, la du e d i solatio est alo s fi e pa la itesse de d pla e e t de l ha tillo sous le faisceau laser.

1.2.2.1.4 Environnement des irradiations

De faço plus su p e a te, ous a o s o stat e p i e tale e t ue la atu e de l at osph e gazeuse dans laquelle sont effectuées les irradiations influence considérablement la croissance des a opa ti ules d a ge t. L i flue e positi e d u e at osph e du t i e lo s du e uit the i ue de verre échangé pour la croissance de nanoparticules a déjà été mise en évidence [69]. Dans notre cas, nous avons insolé des échantillons de verre échangés dans différentes atmosphères gazeuses, en les plaça t da s u e e ei te do t o peut o t ôle l at osph e gazeuse et les p essio s pa tielles. Nous a o s tudi l i flue ce des environnements suivants : oxygènepur (milieu oxydant), l azote pu ilieu i e te et le « vide », est-à-di e ue g e da s l e ei te u e p essio siduelle d ai de l o d e -5 mbar (pompage secondaire avec une pompe turbo- ol ulai e . Nous a o s pas pu utilise l o je tif de i os ope  10) pour focaliser le faisceau dans le cadre de cette étude, pou des aiso s d e o e e t, de so te ue le faisceau a été focalisé avec une lentille convergente de distance focale 25 cm. Les densités de puissance laser à la surface des échantillons so t ie oi d es u a e l o je tif de i os ope ais ous a o s o pe s e d fi it e utilisant une puissance laser supérieure (180 mW co t e W a e l o je tif de i os ope . Ap s insolation, une analyse par microscopie optique permet de déterminer les conditions favorables à la oissa e de a opa ti ules d a ge t, o e i di u su la figure 61. Pour chacune des conditions, l i age à gauche représente une observation en réflexion et en transmission pour celle de la droite. Lo s ue l i adiatio est effe tu e da s l o g e pu , les o ds de la zo e i adi e so t t s fl hissa ts lo s u o se s e fle io , et presque opaques en transmission. Ces observations so t a a t isti ues d u e g a de o e t atio e a opa ti ules d a ge t. A o t a io, lo s ue l i adiatio est effe tu e sous ide ou da s u e at osph e de N2, les bords du spot ne sont pas du tout réfléchissant et ont une transmission quasi-identique à celle du verre non irradié. Dans le cas d u e i solatio effe tu e da s l ai % de N2 et 20 % d O2), la zone insolée observée au i os ope opti ue est uasi ide ti ue à elle i adi e da s l o g e pu , du fait de s 20 % d O2

p se ts da s l ai . Ces o se atio s laissent supposer ue l o g e fa o ise la oissa e des a opa ti ules d a ge t da s os e es ha g s. Pou alide ette h poth se, ous a o s fait a ie la p essio d O2 da s l e ei te à l aide d un débitmètre massique. La croissance des a opa ti ules d a ge t est a ti e u à pa ti d u e p essio d O2 supérieure ou égale à 30 mbar. Pou des p essio s d O2 plus fai les, la oissa e des a opa ti ules d a ge t est ue t s peu efficace. Par a ue de te ps, ous a o s pas eus plus su l i flue e de l o g e su le p o essus de oissa e. L h poth se e s la uelle ous te do s à e stade est ue le e e pe d de l o g e pe da t l i solatio , o e o se pa Nahal et al. [114] dans des verres composites irradiés avec un laser continu à 488 nm. En assumant cette hypothèse, le verre devient alors déficient en oxygène et donc non-stœ hio t i ue, et o so e de l o g e de l ai pou o le e

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d fi it. N a oi s, d aut es e p ie es (mesure du taux de dégazage du verre sous irradiation à 244 nm) sont nécessaires pour valider cette hypothèse.

Figure 61 : a al se pa i os opie opti ue o t a t l i flue e de di e s e i o e e ts d i adiatio sur la croissance des nanoparticules.

En résumé, les critères essentiels pour la croissance des grosses nanoparticules sont tout d’a o d la focalisation du laser et la puissance. Le laser doit en effet être focalisé à la surface du verre avec une puissance supérieure ou égale à 80 mW pour espérer faire précipiter des nanoparticules d’a ge t e fo te o e t atio et de dia t e suffisa e t g a d. Ces deux paramètres peuvent

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être regroupés dans la densité de puissance déposée. L’e vi o e e t des i adiations doit o po te de l’o g e ave u e pression au moins égale à 30 mbar. Les du es d’i adiatio doivent être supérieures à quelques millisecondes. Le tableau ci-dessous ci-dessous donne le récapitulatif des gammes de valeurs utiles pour la précipitation des grosses nanoparticules.

Tableau 2 : Paramètres et gammes de valeurs nécessaires à la croissance de grosses nanoparticules.