Caractérisations tribomécaniques in situ de couches minces hybrides pour l'optique ophtalmique

Nombreuses sont les personnes souffrant d'un trouble de la vision et le port de lunettes reste la solution la plus simple pour pallier les déficits visuels primaires tels que la myopie, l'hypermétropie ou la presbytie. Les améliorations et les progrès technologiques tournant autour des lunettes sont donc d'un intérêt certain pour nombre de personnes. En conséquence, l'industrie du verre ophtalmique redouble d'efforts et d'imagination afin de mettre en oeuvre des solutions améliorant l'acuité visuelle mais aussi le confort des porteurs de lunettes. Dans ce contexte, l'ingénierie des couches minces, des surfaces et des interfaces tient une place de choix pour l'apport de solutions pérennes innovantes. Ainsi, les revêtements antireflets sont encore à l'heure actuelle au coeur d'intenses recherches. Originellement tournée vers le design optique, la communauté scientifique des couches minces pour l'optique oriente de plus en plus ses recherches vers l'obtention de nouveaux matériaux hybrides afin de pouvoir concevoir des filtres optiques plus durables. En effet, l'avènement de matériaux hybrides offrant une large gamme de propriétés mécaniques permettra d'allier conception optique et conception mécanique lors de design de filtre interférentiel. Si cette prouesse ne peut être obtenue sans l'élaboration de nouveaux matériaux, elle ne saurait être atteinte sans le développement de méthodologies adéquates servant à guider le design dans le choix de ces matériaux ainsi que dans leur arrangement au sein du filtre. C'est exactement dans ce cadre qu'ont débuté au sein du LaRFIS les recherches sur les matériaux hybrides déposés par IBACVD (Ion Beam Assisted Chemical Vapor Deposition) dans lesquelles s'inscrivent les travaux présentés dans cette thèse. Ainsi, l'objectif principal des travaux réalisés au cours de ce doctorat s'oriente vers la caractérisation tribomécanique des couches minces pour l'optique ophtalmique. Ce domaine de recherche implique en lui-même deux contraintes majeures, le dépôt de couches très minces et leur caractérisation à l'échelle nanométrique ainsi que l'utilisation de substrat plastique. Dans la première étude, une nouvelle approche est proposée pour l'exécution et l'analyse de tests de rayure. Cette approche a nécessité le développement d'un accessoire spécial permettant l'observation in situ de la zone de contact durant le test. Deux polariseurs linéaires ont été ajoutés à un système optique constitué d'une caméra CCD et d'un objectif à longue distance de travail.

Abstract

For many people suffering from a visual disorder, wearing glasses is the simplest solution as it allows for an easy correction of primary visual deficits such as myopia, hyperopia, and presbyopia. Improvements and technological advancements of eyeglasses are therefore of great interest. To address this, ophthalmic lens manufacturers require an increased effort and imagination to implement solutions that improve visual acuity as well as comfort. In this context, the engineering of thin films, surfaces and interfaces are very important for providing innovative sustainable solutions. In particular, further developments of anti-reflective coatings attract intense research. Originally, the interest of the scientific community of optical thin films was principally devoted to optical design. However, nowadays more and more researchers are focusing on the development of new hybrid materials in order to design more durable optical filters. Hybrid layers represent a great opportunity for the optical thin film community. Indeed, the advent of these hybrid materials, having a wide range of mechanical properties, will allow one to combine optical design and mechanical design in a sole interference filter. Complementary to the advances in new materials is the development of new, appropriate, methodologies to guide design in choosing these materials and implementing them within the filter. It is in this context that research on hybrid materials deposited by IBACVD (Ion beam assisted chemical vapor deposition) began, a few years ago, within LaRFIS. The previous work on hybrid materials represents the background for the work performed during this thesis. Indeed, the main objective of the work of this PhD is focused on the tribomechanical characterization of thin films for ophthalmic optics. This research area consists of three major constituents: the deposition of very thin layers, their characterization at the nanoscale, and the use of plastic substrates. In the first study, a new approach is proposed for performing and analysing scratch tests. This approach has required the development of a special setup allowing for in situ observation of the contact area during the test. Two linear polarizers have been added to an optical system consisting of a CCD camera and a long working distance microscope objective. They allow one to visualize the in-plane stress field in the sample while benefiting from the principle of photoelasticimetry if the substrates are birefringent under stress.