Métrologie optique DOSSIER secs réutilisables, combinant résistance et propreté.
• Les ailes de papillon, avec leurs nanostructures périodiques( 200 – 300 nm), inspirent des surfaces aux couleurs structurelles( sans pigment). Ces motifs sont particulièrement utiles dans les capteurs optiques ou les dispositifs esthétiques où la durabilité des couleurs et la résistance à l’ humidité sont critiques.
En fonction de la dimension des motifs recherchés et de la vitesse du procédé associé, différentes techniques de texturation laser ont été développées au cours des dernières décennies:
• La première technique est le Direct Laser Writting( DLW). Les structures sont générées par ablation de matière et leur taille est limitée par la taille du spot laser minimale atteignable sur le matériau, soit quelques microns. Le motif réalisé quant à lui est plutôt à l’ échelle de la centaine de microns( Figure 1. a et Figure 1. d).
• Dans le cas d’ une structuration de la matière avec un motif répété à l’ échelle de quelques dizaines de microns, on utilise le Direct Laser Interference Patterning( DLIP), qui est une technique de texturation de surface qui exploite l’ interférence de plusieurs faisceaux laser pour créer des motifs périodiques. Cette méthode permet de structurer rapidement de grandes surfaces avec une précision et une répétabilité élevées, en ajustant l’ angle et la longueur d’ onde des faisceaux pour contrôler la périodicité des motifs( Figure 1. b).
• Enfin pour des dimensions entre petites à l’ échelle de la centaine de nanomètres, la technique Laser-Induced Periodic Surface Structures( LIPSS) est privilégiée. Des nanostructures périodiques( ondulations ou stries) se forment spontanément sur un matériau sous irradiation laser( généralement femtoseconde ou picoseconde) à des fluences proches du seuil d’ ablation. Ces ondulations résultent principalement d ' un auto-arrangement du matériau suite à l ' interaction des polaritons de plasmons de surface avec les impulsions laser( Figure 1. c et Figure 1. e).
Historiquement, les procédés de texturation de surface par laser ultracourt se limitaient à des objets ayant des dimensions de quelques centimètres carrés. Cette restriction était principalement due aux contraintes inhérentes aux systèmes optique utilisés:
• Le champ optique limité des scanners,
Figure 3. Figure 3: Equipement usuel pour la métrologie optique des surfaces texturées par laser femtosecondes:( a): Exemple MEB commercialisé par ZEISS, Microscope confocal de la société LEICA( b) et Scatterométrie optique développée par NOVAI( c).
• La puissance moyenne des lasers à impulsions brèves < 10 W,
• La difficulté de synchroniser de manière précise le laser, le scanner et les platines de translation, afin d’ assurer un traitement sans chevauchement et à haut débit( procédé laser plus communément appelé Infinite Field Of View ou IFoV).
Ces limitations posent un défi majeur pour l’ industrialisation de ces procédés, notamment pour des applications nécessitant le traitement de surfaces de grandes dimensions. En effet, des secteurs tels que l’ aéronautique, l’ automobile ou l’ énergie exigent des solutions capables de couvrir des surfaces de plusieurs mètres carrés, tout en garantissant une homogénéité et une reproductibilité des propriétés fonctionnelles.
Les progrès technologiques récents, illustrés par les travaux menés par ALPhANOV dans le cadre du projet européen Newskin [ 2 ], ont permis de surmonter ces obstacles( Figure 2). Cependant, cette avancée s’ accompagne d’ un besoin accru de caractérisation fine des matériaux traités, afin de:
• Valider l’ homogénéité des motifs sur l’ ensemble de la surface,
• Garantir les propriétés fonctionnelles( super-hydrophobie, réduction de la réflexion lumineuse, activité antimicrobienne, etc.) à l’ échelle industrielle,
• Optimiser les paramètres de traitement pour assurer la reproductibilité et la fiabilité des procédés.
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