Rendu visuel de surfaces nano-structurées : effet de l'ordre à courte distance

visual rendering of nano-structured surfaces : effect of short-distance order

• Auteur / Autrice : Natalia Matsapey
• Direction : David Delafosse
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science et Génie des Matériaux
• Date : Soutenance le 06/06/2013
• Etablissement(s) : Saint-Etienne, EMSE
• Ecole(s) doctorale(s) : ED SIS 488
• Jury : Président / Présidente : Mireille Commandré
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Delafosse, Mireille Commandré, Joël Fontaine, Dominique Jeulin, Manuel Flury, Jenny Faucheu
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Joël Fontaine, Dominique Jeulin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Couleurs

Alumine

Impulsions électromagnétiques

Matériaux nanostructurés

Mots clés libres

BRDF

Rendu visuel

Couleurs structurales

Alumine nano-poreuse

Simulations électromagnétiques

BRDF

Visual rendering

Structural colours

Nano-porous

Alumina

Electromagnetic simulations

Résumé

Les surfaces nanostructurées permettent d’obtenir des effets colorés gonio-apparents lorsque les nanostructures présentent des dimensions de l’ordre des longueurs d’onde du spectre visible. ces couleurs sont habituellement modélisées par le biais d’interactions de types «interférences» ou «cristaux photoniques» entre le rayonnement lumineux et une structure modèle. dans cette thèse, l’anodisation d’aluminium est utilisée comme méthode de structuration à l’échelle submicronique. cette technique présente l’avantage d’être mature industriellement et de permettre de structurer de grandes surfaces. des effets colorés sont observés même si les structures obtenues ne sont pas parfaitement ordonnées. le but de cette thèse est de comprendre les phénomènes optiques mis en jeu dans l’obtention de ces effets. ce manuscrit se divise donc en deux parties principales, toutes deux basées sur une étude de la littérature existante. afin d’établir un parallèle entre caractérisation expérimentale et simulation numérique, la première partie présente l’outil de caractérisation optique développé. la seconde est dédiée à l’étude des effets colorés de certaines surfaces d’aluminium anodisé. cette partie propose une compréhension des phénomènes d’interaction de la lumière avec la structure d’aluminium anodisé se basant sur les caractérisations optiques et microstructurales des échantillons, associées à une modélisation de l’interaction entre rayonnement et matière structurée. cette étude montre que les structures réelles présentent un ordre à courte distance. les effets colorés sont simulés par la méthode modale de fourier par le biais de structures modèles avec un certain niveau de désordre.

Nano-structured surfaces allow obtaining of colored gonio-apparent effects when the nano-structures dimensions are of the order of the visible spectrum wavelengths. these colors are usually modeled by means of the interactions type so-called « interferences type » ou « photonic crystals type » between the luminous radiation and a model structure. in this thesis, the anodization of aluminum substrates is used to produce surface structures at the submicron scale. this technique is industrially mature and allows to structure large surfaces. color effects were observed even if obtained structures are not perfectly ordered. the aim of this thesis is the understanding of the optical phenomena involved in the production of such effects. this manuscript is divided into two main parts, both based on the existing literature analysis. in order to draw a parallel between experimental characterization and numerical simulations, one part presents the instrumental development of the optical characterization instrument. the second one is dedicated to the study of color effect of certain anodized aluminum surfaces. this part proposes an understanding of the interaction phenomena between the light and the anodized aluminum structure, based on the optical and microstructural characterization of the samples, associated to a modeling of the interaction between light and structured matter. this study shows that such structures present a short-distance order. the color effects are simulated numerically by fourier modal method by the means of model-structures with certain disorder degree.