Thèse : Soudage de verre par laser à durée d'impulsion ultrabrève

Les verres sont des matériaux très résistants, largement utilisés dans l’industrie. Leur assemblage repose classiquement sur le collage ou des procédés thermiques, mais ces techniques présentent des limites pour les hautes températures, les petites dimensions ou les matériaux dissemblables. Le soudage par laser à impulsions ultrabrèves apparaît alors comme une alternative prometteuse, en déposant localement l’énergie sans ajout de matière.

Cette thèse étudie l’apport de la mise en forme spatio-temporelle d’un laser infrarouge ultrabref (400 fs, 1030 nm) pour améliorer le procédé. Un modèle thermo-optique par éléments finis a été développé, mettant en évidence l’intérêt des rafales d’impulsions permettant de souder en une seule rafale. Expérimentalement, une rafale unique d’une dizaine d’impulsions à 40 MHz permet la fusion du verre, contrairement à une impulsion unique de même énergie. L’imagerie ultra-rapide révèle une absorption accrue lié à l’excitation du matériau. Un nouveau mode de soudage par points discrets a ainsi été démontré, augmentant la vitesse et réduisant la puissance moyenne, avec la possibilité de souder sans contact optique jusqu’à 3 µm d’écart entre les verres. La mise en forme spatiale part faisceau de Bessel a permis d’augmenter la tolérance de positionnement au prit d’une puissance moyenne nécessaire plus élevée. L’utilisation d’un modulateur spatial de lumière pour la parallélisation du procédé a révélé que la tolérance en écart d’intensité dans les faisceaux doit-être inférieur à 10 %.