Élaboration par voie sol-gel et étude structurale de verres de silice destinés à la fabrication de fibres microstructurées

Sol-Gel synthesis and structural investigation on silica glasses devoted to optical fibers production

• Auteur / Autrice : Elise Berrier
• Direction : Mohamed Bouazaoui, Bruno Capoen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Structure et dynamique des systèmes réactifs
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Lille 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux poreux

Dynamique moléculaire

Spectroscopie Raman

Fibres optiques

Verre de silice

Gel de silice

Résumé

La demande croissante de débit dans les réseaux de télécommunication motive fortement les études et recherches dans le domaine des matériaux dédiés au guidage optique. La voie Sol-Gel apparaît particulièrement indiquée pour élaborer de tels matériaux. En effet, ce mode de synthèse permet d'obtenir des verres denses à des températures modérées (1000°C au lieu de l800°C pour la silice) et représente un coût global inférieur à celui des techniques de dépôt en phase vapeur. De surcroît, la grande versatilité de ce procédé autorise une importante variété de formes et de composition. Ces avantages sont néanmoins contrebalancés par la difficulté d'obtenir des verres massifs par voie sol-gel. Grâce à une composition idoine et un programme de traitement thermique approprié, nous sommes parvenus à réaliser des barreaux de silice de plus de 5 centimètres de long et exempts de groupements hydroxyle (OH). Les différentes phases de cette mise en oeuvre ont par ailleurs été l'occasion d'observations originales, notamment à travers l'étude du phénomène de moussage de la silice.

Nous avons également porté notre attention sur l'étude de la matrice de silice, et en particulier, sur le comportement du matériau lors de l'ajout d'un ion dopant (Ce3+,Ag+, Cu2+,Nd3+, Ca2+, Na+. . . ). La spectroscopie de diffusion Raman est une technique pertinente pour l'étude des matériaux amorphes: nous l'avons mise à profit pour approfondir les évolutions structurales mises enjeu lors de la vitrification d'un gel, dopé ou non. Cette technique d'analyse a également permis de mettre en évidence le rôle d'un cation dopant, même introduit en faible concentration, sur les mécanismes réactionnels impliqués lors de la gélification du sol. L'analyse de la porosité par adsorption et désorption d'azote (méthode ''BET''), ainsi que la spectroscopie IR ont apporté des informations complémentaires respectivement sur la texture des gels ''secs'' et sur la concentration en groupements hydroxyle. Enfin, notre travail expérimental sur le dopage des gels a été confronté à la simulation d'une structure désordonnée par un calcul de dynamique moléculaire. Nous avons ainsi pu expliciter le rôle du codopant Ca2+sur la dispersion des ions Eu3+dans une matrice de silice sol-gel.