Entre partenariats industriels et recherche fondamentale : exemple de mes travaux sur la silice vitreuse

Par Pascal Etienne, Laboratoire Charles Coulomb (L2C).

La silice vitreuse est appréciée pour sa grande pureté, sa transparence et sa très faible dilatation thermique. Elle est réfractaire, résiste aux chocs thermiques et ainsi qu’à de nombreux agents chimiques, ce qui en fait un matériau de choix pour l’optique, pour les applications impliquant de forts gradients de températures et pour une nécessité d’inertie chimique. Sa forme ultraporeuse (aérogel), grâce à une synthèse par procédé sol-gel et un séchage dans des conditions supercritiques, lui confère la propriété de superisolant thermique ainsi que celle d’un solide très bas indice de réfraction, proche de celui de l’air. La silice souffre cependant d’un inconvénient majeur pouvant limiter sa mise en œuvre : son comportement fragile et l’existence d’une propagation sous critique de ses défauts sous contrainte, pouvant entrainer une rupture catastrophique différée.

Ma présentation porte sur des travaux de recherches entrepris par suite de demandes d’industriels voulant utiliser la silice pour la fabrication de capteurs. L’idée est de montrer une autre facette et certainement moins connue de mes compétences non pas centrées sur les matériaux hybrides mais sur les verres.

La première partie est consacrée à une collaboration initiée par l’entreprise SAFRAN Electronics & Defense. Cette société est leader dans la fabrication de gyroscopes intégrant des résonateurs en silice pour la navigation inertielle. Ici, la principale caractéristique recherchée est son facteur de qualité important lié à un faible frottement interne. Celui-ci dépend intimement de la taille des défauts internes telles que des microfissures. Le procédé de fabrication utilise de la silice commerciale usinées puis acidée pour éliminer tout défaut de surface. Mais qu’en est-il des défauts internes ? Peuvent-ils se propager au cours du temps risquant d’entrainer une baisse des performances du gyroscope ?

La deuxième partie est le fruit d’une collaboration avec la société pharmaceutique française Medincell spécialisée dans les technologies d’administration des médicaments par injection sous-cutanée. Le développement rapide de ces produits nécessite un criblage à haut débit par spectrophotométrie UV sur de très faibles quantités. La meilleure solution consiste à élaborer un dispositif optofluidique basé sur la réflexion totale interne pour augmenter le plus possible le trajet optique. Le très faible indice de réfraction des aérogels de silice le rend un excellent candidat. Mais comment fabriquer un canal avec de très faibles pertes de propagation dans l’aérogel ? Peut on éviter que le liquide entre dans ses pores ? Sa très grande fragilité ne va-t-elle pas rendre impossible son utilisation ?

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