Par …

Chris­t­ian Olivetto

Article

Talents du CNRS à l’IN2P3
Laurent Pinard

 Talent du CNRS 2018

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Lau­rent Pinard est Ingénieur de Recherche CNRS au sein du Lab­o­ra­toire des Matéri­aux Avancés (LMA) de Lyon depuis 1989, lab­o­ra­toire de renom­mée mon­di­ale dans le domaine des couch­es minces optiques faibles pertes sur des com­posants de grandes dimen­sions. Il dirige l’équipe Métrolo­gie, a été Directeur Tech­nique pen­dant 10 ans avant de pren­dre la Direc­tion du LMA par intérim depuis peu. Il est lau­réat de la Médaille de Cristal du CNRS 2018.

Tech­nolo­gie des couch­es minces en optique

Une couche mince (en anglais : thin film) est un revête­ment dont l’épaisseur peut vari­er de quelques couch­es atom­iques à une dizaine de micromètres. Ces revête­ments mod­i­fient les pro­priétés du sub­strat sur lesquels ils sont déposés. Ils sont prin­ci­pale­ment utilisés :

  • dans la fab­ri­ca­tion de com­posants élec­tron­iques telles des cel­lules pho­to­voltaïque en rai­son de leurs pro­priétés isolantes ou conductrices ;
  • pour la pro­tec­tion d’ob­jets afin d’amélior­er les pro­priétés mécaniques, de résis­tance à l’usure, à la cor­ro­sion ou en ser­vant de bar­rière ther­mique. Il s’ag­it, par exem­ple, du chro­mage ;
  • pour mod­i­fi­er les pro­priétés optiques d’ob­jets. En par­ti­c­uli­er, citons les revête­ments déco­rat­ifs (exem­ple de la dorure) ou mod­i­fi­ant le pou­voir réflecteur de sur­faces (ver­res anti-reflets ou miroirs).

Les couch­es minces étant des nano-objets dans une direc­tion de l’e­space, les pro­priétés physiques et chim­iques des couch­es minces peu­vent dif­fér­er de celles des objets macro­scopiques selon toutes leurs dimen­sions. Par exem­ple, un matéri­au isolant lorsqu’il est de dimen­sions macro­scopiques peut devenir con­duc­teur élec­trique sous forme de couche mince du fait de l’effet tun­nel.

His­torique­ment, les pre­mières couch­es minces ont été réal­isées par voie humide grâce à une réac­tion chim­ique menant à la pré­cip­i­ta­tion de précurseurs en solu­tion sur un sub­strat. On peut citer dans ce cas la for­ma­tion du miroir d’ar­gent par la réduc­tion d’ions Ag+ (par exem­ple solu­tion de nitrate d’ar­gent AgNO3) par des sucres.

(Con­tin­uer arti­cle Wikipedia)

Le LMA a depuis l’origine dévelop­pé des recherch­es inno­vantes sur les matéri­aux en couch­es minces en lien avec des indus­triels, les mil­i­taires ou les grands pro­jets sci­en­tifiques comme Vir­go (détecteur d’ondes grav­i­ta­tion­nelles) (voir arti­cle sur l’op­tique au coeur de Vir­go). Ces pro­jets extrême­ment inno­vants a forte­ment motivé Lau­rent Pinard à rester au LMA alors que sa for­ma­tion ini­tiale d’ingénieur Opti­cien (Sup’Optique) ne l’y prédis­po­sait pas et sur cette dynamique a soutenu une thèse de doc­tor­at dans le domaine des couch­es minces en 1993.

La vidéo ci-dessous per­met d’ex­plor­er l’ensem­ble du proces­sus
de réal­i­sa­tion de ces miroirs aux car­ac­téris­tiques uniques.

 

 

Son activ­ité s’est naturelle­ment cen­trée sur l’expérience Vir­go et, plus par­ti­c­ulière­ment, sur les métrolo­gies optiques néces­saires, sou­vent uniques, pour tester les per­for­mances des miroirs au LMA.

La métrolo­gie, au même titre que la réal­i­sa­tion des dépôts, est une étape clé dans la réus­site d’un com­posant optique impli­quant sa mise en place sur le site même de pro­duc­tion des couch­es minces.

Lau­rent Pinard a dévelop­pé tous les out­ils néces­saires à la car­ac­téri­sa­tion des couch­es minces faibles pertes à 1064 nm sur des com­posants de grande taille (diamètre 350 mm, épais­seur 100 mm, poids 20 kg), com­pat­i­bles avec l’environnement salle blanche de classe 1. Il a pris égale­ment une part impor­tante dans le développe­ment des matéri­aux faibles pertes. Ces travaux lui ont d’ailleurs per­mis d’obtenir le Prix du Jeune Chercheur de la Ville de Lyon en 1996.

Le LMA étant mem­bre de la col­lab­o­ra­tion Vir­go depuis l’origine du pro­jet, son activ­ité a con­tin­ué à être cen­trée sur le développe­ment de matéri­aux en couch­es minces répon­dant aux besoins des détecteurs d’ondes grav­i­ta­tion­nelles. Il a par­ticipé active­ment à la mise en place de l’infrastructure néces­saire à Lyon : nou­veau bâti­ment abri­tant une salle blanche ISO3, nou­veau bâti de dépôt IBS de très grande taille (le plus grand du monde), des bancs de métrologie.


Grace à tous ces équipements ren­dus opéra­tionnels les miroirs de 1ère généra­tion de Vir­go ont ain­si été réal­isés avec suc­cès ce qui fut une pre­mière mon­di­ale (voir pho­tos des équipements ci-dessous au LMA).

Lau­rent Pinard a ensuite pris la respon­s­abil­ité de man­ag­er du sous-sys­tème « Miroirs » dans le pro­jet Advanced Vir­go pen­dant 7 ans coor­don­nant au LMA le développe­ment des miroirs de 2ème généra­tion des inter­féromètres LIGO et Vir­go, ces derniers ayant des spé­ci­fi­ca­tions jamais obtenues jusqu’ici, en par­ti­c­uli­er en ter­mes de planéité. L’aboutissement de ce tra­vail d’équipe débuté il y a plus de 20 ans fut la 1ère détec­tion des ondes grav­i­ta­tion­nelles en 2015 par les inter­féromètres améri­cains LIGO mais égale­ment la détec­tion con­jointe LIGO-Vir­go d’ondes grav­i­ta­tion­nelle émis­es par la fusion de deux étoiles à neu­trons en 2017. Ces résul­tats ont égale­ment per­mis aux fon­da­teurs de LIGO d’obtenir le prix Nobel de Physique en 2017.

Mais cette recherche inno­vante appliquée à des grandes optiques a trou­vé un autre champ d’application dans le domaine des téle­scopes ter­restres. Lau­rent Pinard a mis en place une col­lab­o­ra­tion entre l’industriel améri­cain ZYGO et l’institut alle­mand Kiepen­heuer Insti­tute for Solar Physics (KIS) (Voir arti­cle le LMA à l’hon­neur) pour dévelop­per des étalons Fab­ry-Per­ot de grandes dimen­sions (diamètre 35 cm) aux per­for­mances jamais atteintes au niveau planéité pour l’ex­péri­ence VTF (Vis­i­ble Tun­able Fil­ter) sur le téle­scope DKIST à Hawaï. Le 1er étalon a été réal­isé avec suc­cès : c’est le plus grand inter­féromètre Fab­ry-Pérot du monde.