Thèse Céramiques Laser Transparentes à Base de Caf et Solutions Solides BaCaSrF Dopées Terres Rares Élaboration par Forgeage Orienté et Céramisation de Poudres Complexes H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Limoges École doctorale : Sciences et Ingénierie Laboratoire de recherche : Institut de Recherche sur les Céramiques Direction de la thèse : Rémy BOULESTEIX ORCID 0000000322778545 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-08T23:59:59 Ce projet de thèse vise à développer de nouveaux milieux amplificateurs pour lasers de forte puissance à base de fluorures dopés au néodyme, capables de résister à de fortes contraintes thermiques tout en conservant d'excellentes propriétés optiques. Il explore deux approches complémentaires - transformation de monocristaux en céramiques texturées et frittage de poudres - afin de maîtriser la microstructure, la texture et le dopage. L'objectif est d'optimiser les performances thermiques et optiques, notamment grâce au contrôle précis des gradients de composition. Ce projet de thèse s'inscrit dans le cadre des travaux menés au sein du LRC (Laboratoire de Recherche Commun) ELECTRA, collaboration entre l'IRCER et le CEA, et vise à répondre aux besoins des systèmes lasers de forte puissance. Ces applications exigent des milieux amplificateurs capables de supporter des contraintes thermiques élevées tout en conservant d'excellentes propriétés optiques. Parmi les matériaux envisagés, les fluorures dopés au néodyme, en particulier le CaF dopé Nd³ et co-dopé par des ions inactifs comme Gd³ ou Lu³, présente des propriétés spectroscopiques comparables à celles des verres phosphates, tout en offrant une conductivité thermique supérieure, essentielle pour lever les verrous thermiques des lasers de puissance. Toutefois, l'élaboration de pièces de grandes dimensions et le contrôle précis de l'architecture du dopage (gradients de composition) demeurent des défis scientifiques et technologiques majeurs. L'objectif principal de la thèse est de concevoir et d'optimiser une nouvelle génération de milieux amplificateurs à base de fluorures dopés, en maîtrisant à la fois leur microstructure, leur texture cristallographique et leur composition chimique. Le projet repose sur l'exploration de deux approches complémentaires : d'une part, la transformation de monocristaux orientés par forgeage thermomécanique en céramiques texturées, et d'autre part, la fabrication directe de céramiques par frittage de poudres aux compositions complexes [1-3]. L'enjeu est d'améliorer les performances thermiques et optiques de ces matériaux, notamment via le contrôle fin du dopage et l'introduction de gradients de composition, afin de lever les limitations actuelles des lasers de puissance. Le projet de thèse qui sera mené s'appuiera sur les étapes suivantes :
- Etude bibliographique, qui visera à définir au regard de la littérature les compositions d'intérêt, ainsi que les méthodes de forgeage et frittage permettant leur élaboration.
- Etude des processus de forgeage des cristaux en fonction de paramètres expérimentaux tels que la concentration en additifs (Lu, Gd) et/ou dopants luminescents (Nd), l'orientation cristallographique des cristaux, et le cycle thermomécanique. Les essais de forgeage seront réalisés en pressage uniaxial à chaud (Hot Pressing - HP) et par Spark Plasma Sintering (SPS). Les échantillons seront caractérisés par des techniques variées (DRX, MEB, MET, spectroscopie optique, etc.). Une attention particulière sera portée à l'influence de l'orientation initiale sur la texturation finale via des analyses couplées MEB-EBSD.
- Elaboration de matériaux à gradient de composition et de grande taille. Les procédés de mise en forme (HP, SPS) seront optimisés afin d'obtenir des céramiques transparentes à gradient de dopage et de grande dimension.
- Fabrication et qualification globale de composants céramiques démonstrateurs, en s'appuyant sur les paramètres d'élaboration optimisés.
- Caractérisation de la structure et microstructure des échantillons par DRX, MEB, MET, EBSD. Caractérisation des performances mécaniques, thermiques et optiques, ainsi que des propriétés spectroscopiques et du potentiel laser (spectroscopie d'absorption/émission, durée de vie, gain).

- Formation : Master (ou équivalent) en science des matériaux, physique ou chimie des matériaux
- Compétences techniques : élaboration des matériaux (frittage, croissance cristalline, procédés thermiques), bases en cristallographie, microscopie, diffraction RX, spectroscopies ou analyses thermiques appréciées
- Expérience : pratique expérimentale en laboratoire requise
- Qualités : rigueur, autonomie, esprit d'analyse, goût pour l'expérimentation, capacité à résoudre des problèmes complexes, aptitude au travail interdisciplinaire (matériaux / optique / lasers)
- Communication : bon niveau en français et en anglais (écrit et oral).

• Esprit d'analyse
• Chimie