Etude de l'interaction laser-matière en régime d'impulsions ultra-courtes : application au micro-usinage de matériaux à destination de senseurs

Le laser a impulsions ultra-courtes constitue un procede innovant et tres avantageux pour la decoupe de ceramiques piezoelectriques PZT. Grâce a un fort confinement spatiotemporel de l’energie au cours de l’interaction, ce systeme minimise les degâts collateraux et preserve l’integrite physique du materiau sur des echelles micrometriques. Neanmoins, une propagation de faisceau mal maitrisee, associee a des mecanismes d’interaction complexes fonction de la cible irradiee, peuvent impliquer de fortes disparites sur la qualite d’usinage. Dans le cadre d’une application industrielle donnee, ces travaux nous ont donc permis d’approfondir les principales etapes d’optimisation d’un tel procede selon des criteres de reproductibilite, de qualite et de rapidite. Pour cela, nous avons tout d’abord souligne l’influence des proprietes gaussiennes des faisceaux et de leur perturbation afin de definir la distribution energetique au niveau des plans de focalisation. Aussi, la quantification de l’interaction via les criteres de seuil et de taux d’ablation, d’incubation et de saturation a contribue a comprendre la reaction du materiau de maniere macroscopique. Les problemes methodologiques inherents a leurs calculs ont ete mis en evidence et ont permis par la suite d’anticiper les formes d’usinage ainsi que les temps de procede. Dans un second temps, l’optimisation des parametres laser s’est appuyee sur des caracterisations aussi bien qualitatives pour l’aspect visuel que quantitatives avec l’estimation de la stoechiometrie et des contraintes residuelles au niveau des flancs d’usinage. Nous avons en outre tire profit de la piezoelectricite afin de developper une methode d’observation in situ de la reponse a l’onde de choc laser contribuant a la comprehension des fissurations apparentes. Nous proposons au terme de ce travail un jeu de parametres optimal pour la decoupe de PZT assurant une bonne repetabilite du procede tout en minimisant les defauts d’usinage comme la fissuration, les depots de surface et les irregularites de bords. Des essais sur la mise en forme spatio-temporelle de faisceau sont enfin abordes principalement en tant que perspective d’acceleration du procede et encouragent son utilisation pour une future industrialisation