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TEMPDEF

Nom du Projet : TempDef

Description rapide : Mesure de température et de déformations sous la surface d’un contact

Budget : 24 mois de Post-Doc + 25k€ (montant obtenu) + 50€ (apport du laboratoire)

Investissement d'avenir labex : Juin 2013 – Juin 2015

Porteur de projet : Emmanuel Marin, Laboratoire Hubert Curien, Saint-Etienne

 

Le Projet:

Les laser ultra-bref permettent de modifier localement les matériaux : en surface ou dans le volume. Les mécanismes misent en jeu lors de l'interaction induisent une modification confinée à un volume très restreint formé par la zone de focalisation. Dans les matériaux transparents, il est possible d'augmenter ou de diminuer l'indice de réfraction optique. Il est donc possible de photo-inscrire des structures photoniques dans le volume du matériau, qui vont permettre de guider la lumière.

Les efforts misent en jeu lors du frottement entre deux pièces permettent de déterminer le niveau d'endommagement du contact. Néanmoins une connaissance au plus près du contact de la température et de la déformation durant le frottement permettrait de mieux comprendre l'évolution des matériaux et par conséquent comment se détériore le contact.

En photo-inscrivant des structures photoniques, comme les réseaux de Bragg, il sera possible de réaliser des mesures localisées temps réel au plus près du contact. Ces résultats seront comparer aux simulations pour affiner les modèles.
 

Objectifs et enjeux:

L’objectif principal de ce projet est de caractériser, en température et en déformation, l’état du matériau au plus proche d’un contact. Ces informations sont primordiales pour améliorer la connaissance des phénomènes de frottement.

La solution que nous souhaitons développer est un capteur à réseaux de Bragg photo-inscrits dans un guide onde enterré placé à proximité du contact. Le guide d'onde et le réseau de Bragg sont obtenus à l'aide d'un laser femtoseconde. Plusieurs défis devront être relevés :
  1. les matériaux transparents utilisés dans les expériences de tribologie sont généralement des polymères, en s’appuyant sur la littérature, les conditions d’obtention des structures devront être définies en terme de puissance laser, vitesse de déplacement de l’échantillon, focalisation, … ;
  2. une instrumentation rapide doit être développée pour suivre des événements de fréquence caractéristique de l’ordre de 10kHz
  3. en relation avec le premier point, réfléchir à l’obtention de mesures distribuées soit en multipliant le nombre de guide (i.e. un point de mesure par guide), soit en réalisant des coupleurs directifs, …
  4. validation du dispositif lors d'un essai tribologique.


Phase du projet:

Les différences phases du projet consisteront à développer une approche expérimentale pour l'optimisation et la caractérisation des structures photoniques obtenues par photo-inscription femtoseconde.
  1. Une optimisation de la photo-inscription des structures photoniques sera nécessaire afin de maitriser de l'interaction laser-matière pour l'obtention de guide d'onde et composants photoniques minimisant les pertes. De plus, une étude des deux techniques principales, point à point et masque de phase, pour la photo-inscription de réseaux de Bragg sera nécessaire.
  2. Des caractérisations thermique et à la déformation des capteurs photo-inscrits sera nécessaire afin de déterminer les sensibilités. Ensuite des configurations permettant la discrimination entre température et déformation pourront être  envisagées et testées.
  3. L'évolution d'un contact en température et en déformation sera réalisée dans différentes configurations : efforts de contact, surfaces de contact, …


Principaux délivrables
  • Une meilleure compréhension des mécanismes d'interaction du laser femtoseconde et des matériaux polymers.
  • Réalisation de structures photoniques permettant d'effectuer une mesure la plus ponctuelle possible et de différencier entre la température et la déformation.
  • Diverse cartographies de contact en température et en déformation seront réaliser en fonction de différentes configurations de contact.
  • Une meilleure compréhension des phénomènes de frottement.