Élaboration et caractérisation mécanique par nanoindentation de fenêtres optiques nanostructurées superhydrophobes et antireflets

La nanostructuration apporte à la surface des fenêtres optiques des propriétés d’antireflets et de superhydrophobie. Néanmoins, leur utilisation sur des systèmes optiques militaires est limitée en conditions opérationnelles par l’environnement extérieur qui endommage leur surface. L’objectif de cette thèse est d’étudier la résistance mécanique d’une fenêtre optique de silicium nanostructurée revêtue de 100 nm d’alumine par nanoindentation. Les propriétés élasto-plastiques intrinsèques de l’alumine (module d’Young, limite élastique et module d’écrouissage) et du silicium (limite élastique) sont identifiées sur substrat plan par la méthode de recalage d’un modèle numérique éléments finis d’un essai de nanoindentation. Cette identification se base sur une conception numérique a priori d’expériences guidée par un indice d’identifiabilité qui quantifie la richesse de l’information contenue dans les courbes d’indentation. Une double nanoindentation, qui met en jeu deux géométries de pointes (Berkovich et coin cube) et deux profondeurs d’indentation, satisfait une valeur d’indice qui rend compte du bon conditionnement du problème inverse. Son évolution lors du double essai traduit un gain d’information conjugué à l’activation de l’effet du substrat lors de l’essai cube corner. La solution identifiée a été ensuite validée en confrontant courbes d’indentation et topographies d’empreintes numériques et expérimentales. Cette méthode est ensuite appliquée à une couche recuite à haute température, et le résultat de l’identification atteste d’un durcissement de la couche. Enfin, ces propriétés sont intégrées à des modèles de simulation éléments finis de nanostructures revêtues sous diverses sollicitations en nanoindentation. La confrontation des résultats numériques et expérimentaux atteste de la fiabilité de la méthode et des paramètres identifiés, et de l’effet protecteur du revêtement.