Temps de vie de fluorescence

Contrairement aux mesures de spectres, les tentatives de mesure du temps de vie sur les couches intermédiaires et inférieures dopées Er3+ et Eu3+ de la structure prototype n’ont pas abouti. Dans la configuration actuelle du banc de mesure, l’échantillon est sim-plement positionné dans le champ de vue du photomultiplicateur (placé à une distance d’environ 25-25 cm et sur lequel est placé le filtre interférentiel adéquat), puis le signal qu’il génère est ensuite directement lu sur l’oscilloscope dont la résolution minimale en ten-sion est limitée à 2 mv/diviten-sion (dix diviten-sions au total). Étant donné les très faibles ni-veaux d’intensité émis par les couches fonctionnalisées inférieures YSZ:Er3+ et YSZ:Eu3+, cette configuration n’a donc pas permis la mesure d’un signal suffisamment intense pour la détermination du temps de vie. La mise en place d’un système de collection du signal de fluorescence vers la zone sensible du photomultiplicateur (objectif / lentille de collection avec fibre optique) et d’un système d’amplification du signal produit par le photomultipli-cateur font partie des pistes envisagées pour la résolution de ce problème.

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Bilan du chapitre

Ce chapitre avait pour objectif d’étudier la faisabilité de la fabrication par voie sol-gel d’architectures de BT multicouches capteurs permettant l’évaluation des propriétés de fluorescence dans l’épaisseur du revêtement, pour de futures applications de mesure de gra-dients thermiques et de contrôle non destructif précoce de l’écaillage.

Depuis plus d’une décennie, le concept de BT capteur est appliqué à une grande va-riété de problématiques de diagnostic de la température et de l’état de santé des BT. Les différentes approches suivies, impliquant des contraintes expérimentales, matérielles et en-vironnementales très variables (procédés de dépôt, méthodes de mesure, matériaux, tempé-rature etc.), sont à l’origine d’une grande diversité d’architectures de BT fonctionnalisées. Différentes stratégies et principes généraux de dimensionnement d’architectures de BT capteurs, concernant notamment le choix des activateurs, l’optimisation des composi-tions, l’agencement, la position et l’épaisseur des couches fonctionnalisées, ont ainsi été identifiées dans ce chapitre en fonction des différents facteurs pouvant impacter leur utili-sation. Ceux-ci incluent en particulier les propriétés optiques de la matrice YSZ, la compa-tibilité des différents activateurs ou encore les interférences avec la part visible des émis-sions thermiques du corps noir à haute température.

Ces stratégies ont été appliquées pour le dimensionnement de BT sol-gel

fluo-rescentes en tenant compte des spécificités du procédé de trempage-retrait, des propriétés

de transmission des BT sol-gel et des propriétés de fluorescence des activateurs Sm3+, Eu3+, Dy3+, Er3+ et Tm3+. Il ressort notamment de cette étude que les plages de longueurs d’onde d’émission de ces activateurs limitent à quatre le nombre de ces derniers pouvant être utili-sés simultanément dans la même structure pour les applications à température ambiante, et à trois seulement au-delà. Différents doublets et triplets d’activateurs

photolumi-nescents compatibles, tels que Tm-Er-Eu et Dy-Er-Eu ont ainsi été identifiés pour le

dimensionnement de BT « arc-en-ciel » contenant des couches fonctionnalisées en

sur-face (Dy3+ ou Tm3+ ou Sm3+), à mi-épaisseur (Er3+ ou Eu3+) et/ou au contact de

l’interface céramique/métal (Er3+ ou Eu3+).

De tous les dopants étudiés, l’europium, l’erbium et le dysprosium présentent les émissions de fluorescence les plus intenses ainsi que des pics d’émission distincts dans les domaines du rouge (606 nm), du vert (544 & 562 nm) et du bleu (458, 484 et 496 nm). Ils ont donc été choisis pour la fabrication d’une structure de BT arc-en-ciel pour l’évaluation des propriétés optiques dans l’épaisseur. Des architectures prototypes d’environ 100-150 μm d’épaisseur intégrant trois fines couches dopées Eu3+, Er3+, et Dy3+ distribuées dans l’épaisseur ont été déposées par trempage retrait. Les caractéri-sations microstructurales réalisées confirment le dépôt des revêtements sous la forme d’une

couche morphologiquement uniforme présentant toutes les caractéristiques morphologiques et microstructurales d’une BT sol-gel standard.

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Les couches fonctionnalisées présentent, au-delà de 10 μm d’épaisseur, une bonne homogénéité de composition et une bonne uniformité d’épaisseur ainsi que des frontières nettes et régulières avec les couches adjacentes, notamment du fait de l’absence de

diffu-sion des espèces Ln3+ et Y3+ au cours du traitement thermique. La principale difficulté dans la reproduction précise d’une architecture multicouches spécifique provient

des variations des épaisseurs déposées à chaque trempage tout au long du

dé-pôt. Cet aspect est particulièrement marqué lors les premiers trempages, et est donc

sus-ceptible de complexifier la fonctionnalisation de la couche à l’interface céramique/métal, principal intérêt du concept de BT capteur. Néanmoins, les observations portant sur l’évolution des épaisseurs de film déposées réalisées sur un revêtement multicouches

YSZ/YSZ:Tm3+ suggère que le problème pourrait être résolu par l’adaptation des

para-mètres de dépôt (nombre de trempages et vitesse de retrait) une fois le procédé com-plètement caractérisé et maîtrisé à l’échelle du dépôt de couches individuelles par trempage. La microsonde électronique s’est à ce titre révélée un outil puissant pour

l’étude de la morphologie et de l’épaisseur des couches individuelles de BT fonctionnalisées. Enfin, l’évaluation des propriétés de fluorescence intensimétriques et spectrales des revêtements prototypes confirme la fonctionnalisation effective de la BT et illustre les possibilités offertes par ce type d’architecture pour interroger individuellement et

si-multanément toutes les couches fonctionnalisées présentes dans l’épaisseur. Bien

que la mesure des temps de vie des couches fonctionnalisées sur le banc de mesure reste en-core à développer, ces résultats confirment le potentiel de cette architecture comme

BT capteur pour le diagnostic des propriétés de fluorescence dans l’épaisseur.

Ils sont de ce point de vue prometteurs quant à l’investigation future de sa pertinence pour la mesure sans contact du gradient thermique.

Dans leur ensemble, ces résultats valident donc la faisabilité de la

fabrica-tion de BT capteurs de type « arc-en-ciel » par le procédé de trempage retrait.

Les perspectives principales pour la suite concernent la fabrication de nouvelles architec-tures de BT arc-en-ciel optimisées pour la réalisation de tests en température dans le but d’accéder au gradient thermique dans l’épaisseur. Cette optimisation pourrait être réalisée en partie lors de l’étape de dimensionnement par le développement de modèles de transfert radiatif qui permettraient la simulation des flux de fluorescence. L’évaluation de la tenue en oxydation cyclique à haute température des architectures de BT fonctionnalisées, qui n’ont pu être traités dans ces travaux, est également un aspect à étudier en priorité. Le chapitre suivant présente quant à lui deux exemples d’application des matériaux et des re-vêtements fonctionnalisés concernant le diagnostic de l’endommagement de BT sol-gel et la détermination de l’histoire thermique par fluorescence.

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