CHAPITRE I : Revue bibliographique

THÈSE
Présentée pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DE STRASBOURG
Discipline : Chimie-Physique
Spécialité : Chimie des Matériaux/Optique
Par Anne TEISSIER
Synthèse de matériaux à base de pentoxyde de niobium
et de nanotubes de carbone pour la limitation optique
dans l’infrarouge
Soutenue publiquement le 1er septembre 2009 devant la commission d’examen :
Pr. Stéphane DANIELE (IRCELyon, Lyon)
Rapporteur externe
Pr. Jean-Marc FRIGERIO (INSP, Paris)
Rapporteur externe
Dr. Jean-Yves BIGOT (IPCMS, Strasbourg)
Rapporteur interne
Dr. Valérie KELLER (LMSPC, Strasbourg)
Directrice de thèse
Dr. Jean-Pierre MOEGLIN (ISL, Saint-Louis)
Co-Encadrant
Dr. Olivier MULLER (ISL, Saint-Louis)
Co-Encadrant
Institut franco-allemand de Recherches de Saint-Louis
Laboratoire des Matériaux, Surfaces et Procédés pour la Catalyse de Strasbourg, UMR7515

Remerciements
Le travail présenté dans ce mémoire de thèse a été réalisé en collaboration entre le Laboratoire
des Matériaux, Surfaces et Procédés pour la Catalyse de Strasbourg (LMSPC UMR7515) et
l’Institut franco-allemand de Recherches de Saint-Louis (ISL) qui a assuré le financement de ces
travaux.
Je voudrais me plier aux traditionnels - et périlleux - remerciements, en espérant n’oublier
personne. Sachant la chose perdue d’avance, je commencerai donc par présenter mes excuses
à ceux que j’aurais fortuitement oublié de mentionner ici, et si leur contribution directe ou
indirecte ne figure pas sur cette page, qu’ils sachent que je ne manquerai pas de m’en souvenir.
En tout premier lieu, je souhaite remercier celle sans qui ce travail n’aurait pu être mené à bien,
ma Directrice de thèse, le Docteur Valérie Keller. Elle a su me prodiguer durant ces trois années
son savoir, sa gentillesse, son humour, son extrême patience, sa grande disponibilité et surtout
son encadrement sans faille du début jusqu’à la fin de cette thèse. Travailler sous sa direction a
été une chance et une expérience que je souhaite à chaque étudiant.
Je souhaite également remercier le groupe Optronique et Applications des Lasers de l’Institut de
Saint-Louis pour m’avoir accueillie. J’ai eu la chance d’avoir plusieurs encadrants au cours de
cette thèse et mes remerciements vont au Docteur Jean-Pierre Moeglin, au Docteur Yves Lutz,
au Docteur Alfred Eichhorn, et en particulier au Docteur Olivier Muller pour sa bonne humeur, ses
encouragements et pour toutes les discussions que nous avons eues ensemble.
Je remercie également chaleureusement le Professeur Stéphane Daniele (IRCELyon, Lyon), le
Professeur Jean-Marc Frigerio (INSP, Paris) et le Directeur de Recherches Jean-Yves Bigot
(IPCMS, Strasbourg), de me faire bénéficier de leur expertise en acceptant de juger ce travail et
de consacrer du temps à l’examen de ce manuscrit.
Cette thèse pluridisciplinaire s’est déroulée sur deux sites, ce qui m’a permis de rencontrer de
nombreuses personnes. Je voudrais dire un grand merci à tous ceux qui m’ont aidé à y voir plus
clair par leurs interrogations et leurs discussions. Je pense en particulier au Docteur Marc Comet,
au Docteur Christian Barras, au Docteur Marc Eichhorn, au Docteur Christelle Kieleck, au
Docteur Nicolas Hueber, au Docteur Karsten Diener, au Docteur Nicolas Keller et au Docteur
Dominique Bégin.
Ce travail de thèse n’aurait pas pu être mené à bien sans le soutien technique du Docteur
Fabrice Lacroix, de Marc Christen, d’Yves Suma, d’Alain Boffy, d’Alain Rach, de Pierre Bernhard,
de Thierry Roméro ou encore du Docteur Thierry Dintzer, que ce soit pour les montages de
bancs optiques ou pour les caractérisations des nanomatériaux.
Même si la SNCF ne lira probablement pas ce manuscrit, je la remercie malgré tout pour les
100 000 km passés dans les confortables rames du TER200. Elle m’a permis de rencontrer
notamment Etienne Bieber et le Docteur Denis Spitzer et je les remercie tous les deux pour

toutes les discussions et bons moments passés ensemble. Finalement ce trajet Strasbourg-Saint
Louis n’était pas si long !
Un immense merci aux collègues et amis de l’Institut de Saint-Louis, la liste est longue, mais en
trois ans, on en rencontre du monde ! Merci à Delphine, Andra, Christelle, Mathilde (mention
spéciale testeuse), Lauriane, Vanessa, Anne, Nicolas, Kevin, Julien, Yann, Thomas, Christian,
Thibaut, Bastien, Thierry, Antoine… Bon courage aux « petits nouveaux » et bon courage pour la
fin de thèse pour certains !
Je remercie également le personnel du LMSPC, ainsi que les étudiants passés ou actuels, en
particulier ceux du R2 pour l’ambiance sympathique et animée du laboratoire, pour les goûters,
les barbecues sous la pluie sans gaz, les blagues, bravo à vous d’avoir réussi à me supporter !
Merci à Nathanaëlle, Angela, Shabnam, Yas, Ibtissam, Diana, Maithaa, Amel, Mama, Dacha,
Olivier, Loïc, Sébastien, Alain, Romain, Mathieu, Shankar, Fabrice, Yassine, Nizar, Darek,
Jerôme, Julien … Bonne fin de thèse aux derniers arrivés !
Je souhaite remercier ma famille pour m’avoir soutenue. La distance n’a malheureusement pas
permis de nous voir souvent, je remercie mes grands-parents, mes parents, mon frère Florian et
mes sœurs Elsa et Emmanuelle d’avoir eu une oreille attentive et compréhensive, et de m’avoir
distraite avec leurs histoires. Ah, la famille !
Merci enfin à Loïc qui m’a fait tant rire et voyager durant toutes ces années, merci pour les
innombrables discussions et pour tous les petits et grands moments qui ont contribué à
l’aboutissement de ce travail.

Sommaire
I
SOMMAIRE
Introduction générale ............................................................................. 1
CHAPITRE I : Revue Bibliographique ..................................................................... 4
I. La limitation optique ................................................................................................................. 4
I. A. La menace laser .......................................................................................................... 4
I. A. 1. Les sources laser et leurs applications ........................................................ 5
I. A. 1. a. Caractéristiques des lasers .......................................................... 5
I. A. 1. b. La propagation du rayonnement laser .......................................... 5
I. A. 1. c. Les différentes catégories de lasers ............................................. 6
I. A. 2. La mesure optronique (MO) ......................................................................... 7
I. A. 2. a. Les systèmes optroniques ............................................................ 7
I. A. 2. b. Les capteurs optroniques ............................................................. 8
I. A. 3. La contre-mesure optronique (CMO) ........................................................... 9
I. A. 4. La contre-contre mesure optronique (CCMO) ............................................ 11
I. A. 4. a. Systèmes de limitation optique ................................................... 12
I. A. 4. b. Technologies actuelles de protection ......................................... 14
I. B. Les mécanismes d’optique non linéaire ..................................................................... 15
I. B. 1. Introduction ................................................................................................ 15
I. B. 2. Equation de polarisation ............................................................................. 16
I. B. 3. Phénomènes non linéaires pour la limitation optique ................................. 17
I. B. 3. a. Absorption non linéaire ............................................................... 17
I. B. 3. b. Réfraction non linéaire ................................................................ 21
I. B. 3. c. Diffusion non linéaire .................................................................. 25
I. B. 3. d. Réflexion non linéaire ................................................................. 27
I. B. 3. e. Résonnance plasmonique .......................................................... 27
I. B. 4. Généralités sur les faisceaux Gaussiens ................................................... 28
I. B. 5. Technique du Z-scan et théorie.................................................................. 31
II. Les nanomatériaux et la limitation optique .......................................................................... 33
II. A. Les nanomatériaux ................................................................................................... 33
II. A. 1. Généralités / Définitions ............................................................................ 33
II. A. 2. Les principales voies d’élaboration des nanomatériaux ............................ 38
II. B. Les nanomatériaux pour la limitation optique ........................................................... 40