Performances des assemblages réalisés et améliorations

Différentes études ont été réalisées dans le but d’améliorer les perfor- mances des assemblages créés par l’utilisation des impulsions laser ultra- courtes.

Comme nous allons le voir, l’étude de l’influence des différents paramètres laser a permis de mettre en évidence la dépendance entre la résistance mé- canique de l’assemblage et la puissance moyenne ou l’énergie totale déposée. Parmi les différentes conditions opératoires à prendre en compte, l’op- timisation du ratio de surface soudée par rapport à la surface non irradiée permet de fortement améliorer la tenue mécanique de l’assemblage. Il a été observé que la force nécessaire à la rupture de l’assemblage augmente avec ce ratio [40], jusqu’à atteindre une saturation à une valeur de 25 MPa pour des cordons de soudure rectiligne, et à une valeur 55 MPa pour des matrices de points. Dans le cas d’un assemblage par accumulation thermique femto- seconde, cette saturation apparait pour un pourcentage de 60 % de surface soudée. À partir de ce ratio, le plan de fracture se déplace dans le volume du matériau, alors qu’il était initialement situé à l’interface. Cela peut être relié à une superposition des contraintes dans le matériau [93]. De plus, comme la largeur du cordon dépend des paramètres laser, l’interligne optimal dépend également des paramètres laser.

Le développement des techniques de mise en forme temporelle de fais- ceau [100, 102] rend également possible l’amélioration des performances des assemblages. L’utilisation des techniques de trains d’impulsions (burst mode) permet d’augmenter la résistance mécanique des assemblages, grâce à l’aug- mentation du volume d’absorption et de la quantité d’énergie absorbée [103]. La configuration de train d’impulsions a pour conséquence de modifier le ré- gime d’absorption des impulsions par le matériau. La première impulsion est

absorbée par ionisation non-linéaire, de la même façon que pour une irradia- tion conventionnelle par une impulsion, tandis que les impulsions suivantes du train sont absorbées par ionisation par avalanche [102].

La première étude réalisée sur l’utilisation d’une double impulsion consis- tait à diviser les impulsions en deux, en contrôlant le ratio, et à décaler temporellement ces deux impulsions grâce à deux chemins optiques dis- tincts, pour ensuite irradier l’échantillon avec un décalage temporel ajus- table, comme illustré sur la figure 2.19 [103]. Il apparait que la résistance mécanique augmente avec la durée entre les deux impulsions, jusqu’à at- teindre le délai optimal. Passé ce délai, les dimensions du volume fondu diminuent, de même que la résistance mécanique. Dans le cas d’un laser femtoseconde générant des impulsions d’une durée de 360 fs à une longueur d’onde de 1045 nm, le délai optimal pour du verre photosensible (FOTU- RAN, Schott) est évalué à 12,5 ps [102]. Cependant, même avec des délais bien supérieurs entre deux impulsions successives, de l’ordre de 10 ns, les dimensions du volume fondu sont bien supérieures à celles obtenues en confi- guration conventionnelle.

Figure 2.19: Schéma expérimental du système utilisé pour le soudage par double impulsions [103].

Le développement industriel des techniques de trains d’impulsions permet de rendre cette technologie plus compacte et accessible, ce qui laisse place à de nouvelles études sur ses effets dans le cadre du soudage de verre. Les dimensions des zones fondues sont plus grandes dans le cas de l’utilisation de trains d’impulsions, ce qui diminue la quantité de contraintes et permet d’améliorer la résistance mécanique. Dans le cas de la silice fondue, les per- formances mécaniques d’un assemblage homogène réalisé par l’utilisation de trains d’impulsions atteignent 95 % des performances du verre non irradié en

flexion trois points [10]. Cette capacité est bien supérieure aux 50 % et 75 % atteints pour les études sans trains d’impulsions [10, 93]. L’élargissement de la zone fondue permet également d’augmenter la tolérance au positionnement du point de focalisation jusqu’à 400 µm [101].

L’utilisation de faisceaux de Bessel dans le cadre du soudage de verres, offrant une longue profondeur de focalisation, permettrait de réduire les contraintes liées au positionnement du point de focalisation à l’interface, tout en conservant une résistance en cisaillement de 16,5 MPa [104].

Enfin, il a été montré que la mise en œuvre d’un recuit thermique après le procédé de soudage permet d’améliorer la tenue mécanique et de réduire les contraintes résiduelles [81].

2.3.6 Industrialisation du procédé

L’amélioration des performances du soudage de verre par impulsions laser ultracourtes, notamment grâce à l’utilisation des lasers à haute fréquence de répétition, a permis le développement de solutions industrielles.

La société PolarOnyx (San Jose, USA) propose par exemple de souder des surfaces de l’ordre de 10 mm² sur des verres homogènes ou dissemblables [99]. Cette solution industrielle se base sur l’utilisation d’un laser femtoseconde générant des impulsions d’une durée de 750 fs à un taux de répétition de 1 MHz.

La machine de micro-soudage « Felix » développée par la société Primoce- ler (Tampere, Finlande) [105] a déjà été utilisée pour de nombreuses études, notamment dans des projets de l’industrie des semi-conducteurs, pour des implants médicaux, pour des éléments micro-optiques ou pour les applica- tions spatiales [106].

Une méthode industrielle d’assemblage d’embouts de fibres optiques a été développée par la société Trumpf, et a remplacé l’utilisation de la colle dans leur chaîne de production interne [107]. La technique de soudage leur permet de réduire les couts de production tout en améliorant la durée de vie des éléments ainsi fabriqués.