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GUILLAUME GAGNÉ Avancées technologiques des miroirs liquides inclinables Mémoire présenté à la Faculté des études supérieures de l'Université Laval dans le cadre du programme de maîtrise Physique pour l'obtention du grade de maître es sciences (M.Se.) FACULTÉ DES SCIENCES ET DE GÉNIE UNIVERSITÉ LAVAL QUÉBEC i 2007 ©Guillaume Gagné, 2007

Avancées technologiques des miroirs liquides

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GUILLAUME GAGNÉ

Avancées technologiques des miroirs liquides inclinables

Mémoire présenté à la Faculté des études supérieures de l'Université Laval

dans le cadre du programme de maîtrise Physique pour l'obtention du grade de maître es sciences (M.Se.)

FACULTÉ DES SCIENCES ET DE GÉNIE UNIVERSITÉ LAVAL

QUÉBEC

i

2007

©Guillaume Gagné, 2007

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Résumé

Ce document traite de la production et de la caractérisation des miroirs liquides recouverts d'un film d'argent. J'ai réalisé des miroirs d'un mètre de diamètre de très bonne qualité à l'aide d'une technique que j'ai développée. J'ai analysé ces miroirs avec les tests de Foucault et de Ronchi. Ces tests ont révélé qu'ils sont moins sensibles aux vibrations que ceux au mercure, mais ont une surface plus granuleuse qui peut toute­fois être améliorée par une nébulisation de solvant. Ces tests ont également démontré que les miroirs liquides sont inclinables, car un film d'argent à la surface d'un liquide hydrophile atténue la formation de défauts de surface due à l'effet de «print-through» et à l'écoulement de celui-ci. Pour terminer, j'ai prouvé qu'avec trois nebulisations de solvant la quantité de lumière diffusée par le miroir avec un film d'argent est diminuée de 93 %.

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A ma famille et à Catherine

Page 4: Avancées technologiques des miroirs liquides

Table des matières

Résumé ii

Table des matières iv

Liste des tableaux vii

Table des figures viii

1 Introduction 1

2 Eléments théoriques des miroirs liquides 3 2.1 Miroir liquide 3

2.1.1 Historique 3 2.1.2 Avantages 4 2.1.3 Désavantages 4

2.2 Principe de base 5 2.2.1 Miroir en situation d'inclinaison G

2.3 Caractéristiques des fluides 9 2.3.1 Tension de surface 9 2.3.2 Viscosité 10 2.3.3 La dynamique du fluide sur une surface plane 12

2.4 Techniques d'analyse de surface 14 2.4.1 Analyse par interférométrie 14 2.4.2 Test de Ronchi 15 2.4.3 Test de Foucault 18

3 Problématique de la recherche 20 3.1 Observations de défauts de surface 20 3.2 Première observation de l'atténuation des imperfections de surface . . . 21 3.3 Réalisation des miroirs au MELLF sur les liquides hydrophiles 21

3.3.1 Fabrication des MELLFs 24 3.3.2 Étalement du MELLF sur de grandes surfaces 24 3.3.3 Choix du substrat 24

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Table des matières v

3.3.4 Qualité des miroirs au MELLF 24

4 Méthodologie expérimentale 26 4.1 Tests réalisés 26 4.2 Montage du miroir liquide 27 4.3 Analyse de surface 29 4.4 Inclinaison du miroir 30

5 Mellf 32 5.1 Historique 32 5.2 Procédé de fabrication du MELLF 33

5.2.1 Procédés chimiques des MELLFs 33 5.2.2 Réglages réalisés sur la machine à MELLF 35

5.3 Qualité du MELLF 36 5.4 Étalement du film sur un liquide 40

5.4.1 Dépôt direct 40 5.4.2 Dépôt à l'aide d'un palier 41 5.4.3 Dépôt par nébulisation 42 5.4.4 Liquides testés 45 5.4.5 MELLF mélangé à l'éthylène glycol 48

6 Interférométrie 50 6.1 Principes du test d'interférométrie 50

6.1.1 Montage 50 6.1.2 Analyse des patrons d'interférences 52

6.2 Qualité de surface des liquides 52 6.2.1 Analyses de différents liquides . . . 53

6.3 Qualité de surface des miroirs au MELLF 55 6.3.1 Dépôt et analyse du MELLF 55 6.3.2 Amélioration par la nébulisation de solvant 62

7 Analyse de la surface des grands miroirs 64 7.1 Miroirs sans inclinaison 64

7.1.1 Miroirs sans inclinaison et sans MELLF 65 7.1.2 Miroirs sans inclinaison et avec MELLF 65 7.1.3 Miroir sans inclinaison au mercure 67 7.1.4 Amélioration par la nébulisation de solvant 69

7.2 Miroirs inclinables avec et sans MELLF 71 7.2.1 Miroirs inclinables sans MELLF 71 7.2.2 Miroirs inclinables avec MELLF 75

8 Test de la lumière diffusée 82

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Table des matières VI

8.1 Principes du test de lumière diffusée 82 8.1.1 Éléments de théorie 82 8.1.2 Montage 83 8.1.3 Analyse de la PSF 86

8.2 Mesure de la lumière diffusée 88 8.2.1 Profil de l'intensité azimutale d'un miroir au mercure 88 8.2.2 Profil de l'intensité azimutale des miroirs au MELLF 92 8.2.3 Amélioration par la nébulisation de solvant 92

8.3 Problèmes rencontrés lors des prises de données 96

9 Conclusion 100

Bibliographie 103

A Procédés expérimentaux 105 A.l Synthèse du colloïde 105 A.2 Production du MELLF 106

A.2.1 Production du solvant 106 A.2.2 Production du MELLF avec la machine 108

A.3 Test de réflectivité 111

B Product ion des MELLFs 113 B.l Étapes de production du MELLF 113 B.2 Amélioration de la productivité 115 B.3 Nouvelle génération de la machine à MELLF 116

Page 7: Avancées technologiques des miroirs liquides

Liste des tableaux

2.1 Caractéristiques de liquides connus 11

5.1 Liste des liquides qui ont été recouverts de MELLF par nébulisation. . 46 5.2 Liste des produits solides mis en solution et recouverts de MELLF par

nébulisation 47 5.3 Quantité de kelcogel à ajouter à l'éthylène glycol pour l'obtention de

certaines viscosités 48

6.1 Liquides hydrophiles testés à l'interféromètre 53 6.2 Caractéristiques de la surface des liquides hydrophiles sans MELLF testés

à l'interféromètre 53 6.3 Comparaison entre la qualité de surface des miroirs de kelcogel dans

l'éthylène glycol recouverts par nébulisation d'un MELLF à base d'eau ou de celui mélangé à de l'éthylène glycol (EG) pour un rapport (1:1). 57

6.4 Comparaison entre la qualité de surface des miroirs de PEG-ran-PG re­couverts de MELLF à base d'eau et de celui mélangé à de l'éthylène glycol (EG) pour un rapport (1 :1). Amélioration avec le temps de la qualité du miroir recouvert de MELLF avec EG 59

6.5 Comparaison entre la qualité de surface des miroirs de glycérol recou­verts par nébulisation de MELLF à base d'eau et de celui mélangé à de l'éthylène glycol pour un rapport (1 :1) 61

7.1 Évolution de la viscosité du glycérol contenu dans un plat de Pétri avec le temps 72

7.2 Dimensions dans le plan du miroir des défauts présents sur le miroir incliné au glycérol et sur celui au MELLF avant et après nébulisation (ap. pulv.) 80

8.1 Demi-largeur à mi-hauteur et aire sous la courbe (lumières diffusées) des PSF d'un miroir au MELLF d'un mètre de diamètre sur l'éthylène glycol en fonction du nombre de nébulisations de solvant (1,2-dichloroéthane). 95

Page 8: Avancées technologiques des miroirs liquides

Table des figures

2.1 Forces agissant sur le miroir 5 2.2 Définition du repère de l'élément en situation d'inclinaison ou non. . . . 8 2.3 Effet d'un défaut de fond sur la surface du liquide 9 2.4 Écoulement d'un liquide entre deux plaques parallèles 10 2.5 Situation où la plaque est mise en mouvement brusquement 12 2.6 Profil de vitesse à différents instants d'un liquide; visqueux sur une plaque

plane mise brusquement en mouvement 13 2.7 Schéma du montage pour le test de Ronchi 15 2.8 Géométrie du test de Ronchi 16 2.9 Ronehigramrnes d'un miroir parfait de 1 m de diamètre à différentes

positions par rapport au centre de courbure. (Rayon de courbure = 547 cm, réseau de 20 lignes/cm) 16

2.10 Déviation d'un rayon de lumière par un défaut 17 2.11 Tracé des rayons lors du test de Foucault 19 2.12 Test de Foucault d'un miroir parabolique pour différentes positions du

couteau 19

3.1 Analyse d'un miroir liquide incliné fait d'une épaisseur de 1,6 mm d'huile de silicone à v = 500 cSt 22

3.2 Miroir recouvert de MELLF avec agent tensioactif réalisé par Dallaire. . 23 3.3 Impact d'une poche d'eau sur l'écoulement de l'huile 23

4.1 Montage du miroir liquide 28 4.2 Montage du test de Foucault et de Ronchi 30 4.3 Processus d'inclinaison du miroir 31

5.1 MELLF d'Efrima 33 5.2 Réacteur employé pour la préparation du colloïde 34 5.3 Illustration du MELLF et de la machine pour fabriquer le MELLF. . . 35 5.4 Images du MELLF au TEM à l'échelle de 100 nm 36 5.5 Photographie du montage pour mesurer la réflectivité 37 5.6 Courbe de la réflectivité du MELLF sur l'eau par rapport à celle du

mercure (100 %) 38

Page 9: Avancées technologiques des miroirs liquides

Table des figures ix

5.7 Photographies du montage avec fibre optique pour mesurer la réflectivité. 39 5.8 Courbe de la réflectivité du mercure 39 5.9 Miroir de 20 cm de diamètre obtenu par un dépôt direct du MELLF sur

l'éthylène glycol 40 5.10 Méthode pour verser le MELLF à l'aide d'un palier et miroir au MELLF

de 50 cm de diamètre réalisé avec celle-ci sur l'éthylène glycol 41 5.11 Disposition des lampes chauffantes 42 5.12 Défauts engendrés par le solvant en contact avec le polyuréthane (fond

du contenant) 43 5.13 Nébulisateur commercial et photographie d'un miroir au MELLF de 50

cm de diamètre réalisé par nébulisation sur de l'éthylène glycol 43 5.14 Miroir au MELLF de 10 cm de diamètre réalisé sur du ferrofiuide par

nébulisation 45 5.15 Dépôt d'un film d'argent par nébulisation sur du poly(EG) 35000 g/mol 47

6.1 Schéma simplifié d'un interféromètre de marque ZYGO 51 6.2 Utilisation d'un miroir pour dévier le faisceau vers l'échantillon 51 6.3 Profil interférométrique d'un miroir plan déformé par l'astigmatisme du

miroir déviateur 52 6.4 Profils interferométriques de la surface de tous les produits sans MELLF. 54 6.5 Profils interferométriques de miroirs de kelcogel dans l'éthylène glycol

recouvert par nébulisation de MELLF à base d'eau, soit du MELLF conventionnel 56

6.6 Profils interferométriques de miroirs de kelcogel dans l'éthylène glycol recouvert par nébulisation de MELLF mélangé à l'éthylène glycol pour un rapport (1 :1) 56

6.7 Miroir de PEG-ran-PG v = 500 cSt recouvert par nébulisation de MELLF à base d'eau sur, RM S de A/2 57

6.8 Profils interferométriques montrant l'amélioration avec le temps de la qualité de surface d'un miroir de PEG-ran-PG v = 1000 cSt recouvert par nébulisation de MELLF mélangé à l'éthylène glycol pour un rapport (1 :1) 58

6.9 Photographie d'un miroir au MELLF de 10 cm de diamètre fait par nébulisation sur le PEG-ran-PG 59

6.10 Profil inteférométrique d'un miroir d'éthylène glycol recouvert par nébulisation de MELLF à base d'eau, RMS de A/16 60

6.11 Configuration chimique du glycérol et de l'éthylène glycol 61 6.12 Profils interferométriques de miroirs de glycérol recouverts par nébulisation

de MELLF à base d'eau et de celui mélangé à de l'éthylène glycol pour un rapport (1:1) 61

Page 10: Avancées technologiques des miroirs liquides

Table dos ûgures x

6.13 Profils interférométriques d'un miroir d'éthylene glycol recouvert par nébulisation de MELLF à base d'eau sans et avec une et deux nébulisations de solvant 62

7.1 Ronchigrammes d'un miroir fait de 3 mm d'éthylene glycol dans le temps suite à l'étalement 65

7.2 Ronchigramme d'un miroir fait de 3 mm d'éthylene glycol 2 heures 25 minutes après étalement 66

7.3 Images de miroirs réalisés avec la technique de nébulisation 66 7.4 Tests de Foucault et de Ronchi réalisés sur un miroir au MELLF de 1 m

de diamètre fait par nébulisation sur l'éthylène glycol 67 7.5 Tests réalisés par Dallaire sur un miroir de 1 m composé de MELLF,

d'huile et d'eau avec de l'agent tensioactif résiduel 68 7.6 Tests de Focault et de Ronchi réalisés sur un miroir de 1 m de diamètre

contenant 4 mm de mercure 68 7.7 Tests de Foucault et de Ronchi réalisés sur un miroir au MELLF d'un

mètre de diamètre par nébulisation sur l'éthylène glycol avant et après nébulisation de solvant 69

7.8 Tests de Foucault et de Ronchi d'un miroir au MELLF d'un mètre de diamètre par nébulisation sur de l'éthylène glycol 24 heures après nébulisation du solvant 70

7.9 Images des taches laissées en surface par l'assèchement du solvant. . . . 70 7.10 Stabilisation (disparition des défauts en surface) du glycérol avec le temps. 72 7.11 Tests de Foucault et de Ronchi pour un miroir de 3 mm de glycérol au

niveau et à 0°8' 73 7.12 Ronchigrammes du miroir au MELLF réalisé par nébulisation sur 3,5

mm de glycérol à des inclinaisons de 0" à 0"6' 76 7.13 Ronchigrammes du miroir au MELLF réalisé par nébulisation sur 3,5

mm glycérol à des inclinaisons de 0 8 ' à 0"20' 77 7.14 Ronchigrammes du miroir au MELLF réalisé par nébulisation sur 3,5

mm glycérol à des inclinaisons 0"30' à 0°45' 78 7.15 Tests de Ronchi pour un miroir au MELLF réalisé par nébulisation sur

3,5 mm de glycérol à une inclinaison de 0°20' 78 7.16 Tests de Ronchi pour un miroir au MELLF réalisé par nébulisation sur

3,5 mm de glycérol à une inclinaison de 0°45' 79

8.1 PSF d'un miroir idéal de 1 m de diamètre 83 8.2 Photographies du montage pour le test de la lumière diffusée 84 8.3 PSF idéale déformée par 5 aberrations différentes. Le rapport de Strehl

est de 0.8 85 8.4 PSF saturées d'un miroir au centre dans le but de percevoir les ailes. . 85

Page 11: Avancées technologiques des miroirs liquides

Table des figures xi

8.5 PSF lors d'une mauvaise mise à niveau du miroir 86 8.6 Jonction entre les PSF prises à différentes intensités 87 8.7 PSF d'un miroir au mercure de 1 mètre de diamètre comparée à celle

d'un miroir idéal 89 8.8 PSF saturée d'un miroir au mercure 90 8.9 PSF de deux miroirs avec 4 mm de mercure (contenant sans caniveau)

et un avec 2 mm de mercure (contenant avec caniveau) 91 8.10 Élargissement du profil d'intensité (PSF) en fonction de l'épaisseur de

mercure pour un miroir de 3,7 m de diamètre 91 8.11 PSF d'un miroir au MELLF d'un mètre de diamètre sur l'éthylène glycol

comparée à celle d'un miroir au mercure et à celle d'un miroir idéal. . . 93 8.12 Diminution de la lumière diffusée d'un miroir au MELLF d'un mètre

de diamètre sur l'éthylène glycol suite à la nébulisation de solvant (1,2-dichloroéthane) 94

8.13 Visualisation de la diminution de la quantité de lumière diffusée sur les images de la PSF d'un miroir au MELLF d'un mètre de diamètre sur l'éthylène glycol suite à la nébulisation de solvant (1,2-dichloroéthane). 95

8.14 Taille de la PSF d'un miroir au mercure à différents temps lors de la rotation du miroir (période de rotation du miroir = 5,898 secondes). . . 96

8.15 Disposition des poids sur le rebord du contenant 97 8.16 Présence de coma dans la PSF d'un miroir au mercure d'un mètre de

diamètre 98 8.17 Photographies de l'abri placé autour du miroir 98

A.l Photographies des contenants et de l'ensemble de la machine fabricant le MELLF 108

A.2 Photographie du montage de réflectivité situé dans la cache 112

B.l Disposition et branchement des éléments de la nouvelle machine à MELLF.117

Page 12: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 1

Introduction

Les miroirs liquides au mercure ont maintenant leur place comme instruments scien­tifiques. Ils sont utilisés depuis quelques années dans plusieurs observatoires à travers le monde entier. En 2003, l'Université de Colombie-Britannique a construit un miroir de 6 m de diamètre « The Large Zenith Télescope », c'est le dernier modèle recensé à ce jour [16]. Depuis, il ne cesse d'étonner par les images qu'il capte. De plus, sa construc­tion a nécessité une somme de 1 000 000 $, ce qui représente le cinquième du prix normalement déboursé pour un télescope de verre de cette taille. Cependant, comme son nom l'indique, il est contraint d'observer au zénith. L'inclinaison de ce type de miroir est impossible à cause des perturbations engendrées à sa surface, ce qui dimi­nue grandement sa qualité optique. Toutefois, la bonne réflectivité et le faible coût de fabrication font de ces miroirs d'excellents candidats pour plusieurs utilisations.

Il y a quelques années, un film de nanoparticules d'argent a été élaboré par des chimistes de l'Université Laval pour remplacer le mercure. Ce film se dépose à la surface des liquides visqueux. Cependant, la surface de ces liquides se déforme lorsque le miroir est incliné. Artigau, en 1998, a été le premier à faire des expériences sur des miroirs avec du liquide visqueux dans le but de comprendre de quelle façon sont créés ces défauts de surface [1], [5]. Il n'a pas été en mesure d'identifier exactement la cause de ceux-ci. Par contre, il a démontré que plus un liquide est visqueux et mince, moins il sera sensible aux perturbations. La continuité de ses recherches a été exécutée par Dallaire [9], [10]. Il est parvenu à identifier les raisons de ces imperfections. La principale étant le phénomène de «print-through» qui reproduit à, la surface du liquide les défauts qui se trouvent au fond du récipient. De plus, les poussières et tout corps étranger engendrent des perturbations à la surface du liquide. Il a conclu son travail en admettant que la qualité du fond du récipient devait être excellente pour éviter le plus possible ces perturbations. À la fin de ses recherches, Dallaire souleva un point important. Il a démontré que l'application

Page 13: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 1. Introduction 2

du film réfléchissant (MELLF) permettait d'atténuer ces perturbations. Toutefois, la quantité énorme de liquide employée pour la fabrication d'un tel miroir engendrait un écoulement important du liquide lorsque le miroir était incliné.

À la suite de ces études, j 'a i reçu le mandat d'étudier la qualité de surface des miroirs recouverts d'un film d'argent, incliné ou non. Depuis les recherches de Dallaire, les chimistes ont décidé de déposer le MELLF sur des liquides hydrophiles [20]. Ce projet a donc conduit à la recherche d'un nouveau liquide très visqueux sur lequel il est possible de déposer le MELLF. Pour réaliser un miroir de bonne qualité, il a fallu trouver une façon d'étaler le MELLF sur le liquide puisque cela n'avait jamais été expérimenté auparavant sur de grandes surfaces. Les tests optiques ont pu se dérouler par la suite.

Dans ce document, il sera question au chapitre 2 des principes physiques des miroirs liquides inclinables. Des propriétés chimiques des liquides et la dynamique de ceux-ci y seront également explicitées. Il se terminera par les éléments théoriques des tests pour l'analyse de surface. Le chapitre 3, quant à lui, élaborera les avancées réalisées par Artigau [1] et Dallaire [9] sur les miroirs liquides inclinables et les problèmes qui devaient être surmontés lors de mes recherches. Le cheminement de mes recherches, le montage du miroir liquide inclinable et la méthodologie réalisée lors des tests seront dévoilés au chapitre 4.

Le chapitre 5 se concentre sur les MELLFs. Il comprend la production, les tech­niques d'étalement, les tests de qualité du MELLF et le comportement du film d'argent sur plusieurs liquides. Les tests interférométriques réalisés sur les liquides visqueux re­couverts ou non par le MELLF seront présentés au chapitre 6. Il sera ensuite présenté, au chapitre 7, la description des tests optiques qualitatifs réalisés sur des miroirs d'un mètre de diamètre ; tantôt au niveau, tantôt inclinés. Le chapitre 8 est consacré aux tests de lumière diffusée effectués sur des miroirs d'un mètre de diamètre recouverts de MELLF. De plus, des tests ont été réalisés sur des miroirs au mercure pour compa­rer la qualité des deux types de miroirs. L'analyse des résultats et les discussions sont présentes dans les chapitres 5 à 8.

Page 14: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 2

Eléments théoriques des miroirs liquides

2.1 Miroir liquide

2.1.1 Historique

Le principe des miroirs liquides remonte à l'année 1850. Il a été découvert par Ernesto Capocci [13] à l'observatoire de Naples. Il a fallu attendre 22 années pour que Henry Skey matérialise cette idée par la création du premier miroir liquide à l'observatoire de Dunedin en Nouvelle-Zélande. Au début du XXe siècle, en 1909, Robert Wood, de l'Université Johns Hopkins, a élaboré les points forts et faibles des miroirs liquides à partir de ses travaux. Les premières améliorations technologiques, pour l'obtention de miroirs de bonne qualité ont été réalisées à cette époque. Cependant, ces miroirs demeuraient très sensibles aux vibrations extérieures. Le passage d'un expérimentateur près du miroir était suffisant pour affecter la qualité du miroir. L'instabilité de la focale de ces miroirs était également un problème.

Plusieurs années se sont écoulées sans qu'il n'y ait d'avancement majeur. C'est en 1982 que le professeur Ermanno F. Borra et son équipe ont popularisé l'utilisation des miroirs liquides dans les observatoires par la création d'un miroir liquide au mercure [2]. Cinq ans plus tard, un télescope à miroir liquide au mercure de f-4,7 a été installé sur le campus de l'Université Laval [3]. Celui-ci a obtenu des traînées d'étoiles avec une largeur à mi-hauteur de 2 secondes d'arc. En 1989, des tests optiques réalisés sur un télescope de 1,5 mètre de diamètre ont révélé que la qualité des miroirs liquides peut

Page 15: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 2. Éléments théoriques des miroirs liquides 4

être excellente, car ils sont limités seulement par la diffraction.

On retrouve à présent de nombreux télescopes à miroir liquide dans le monde entier. Ils servent spécialement à la recherche atmosphérique et à la cosmologie à grande échelle, car ils ne peuvent être inclinés. De plus, ils sont parfois utilisés comme surface de référence pour vérifier la qualité des miroirs polis conventionnels [19].

2.1.2 Avantages

Ces miroirs possèdent de nombreux avantages. Le principal est leur faible coût de fabrication et d'entretien, car ils n'ont pas besoin de polissage. De plus, le mercure utilisé dans les miroirs peut être filtré aussi souvent qu'il est souhaité pour enlever l'oxyde et les poussières qui nuisent à la qualité de ceux-ci. À l'opposé, le miroir conventionnel a besoin de traitement plus compliqué comme l'aluminisation qui doit être faite tous les ans. Un autre avantage est la possibilité de modifier la longueur focale du miroir, contrairement à celui conventionnel. En effet, la courbure du miroir est contrôlée par sa vitesse de rotation. Comparativement au miroir conventionnel, le miroir liquide peut posséder un diamètre nettement supérieur à celui-ci. Il est théoriquement possible de construire des miroirs liquides de 30 mètres de diamètre [2]. Toutefois, il est difficile de réaliser un miroir de cette dimension en utilisant le mercure, car la masse volumique de celui-ci est beaucoup trop importante, soit 14 g/ml. Ceci aurait pour conséquence l'affaissement de celui-ci, comme dans le cas des miroirs conventionnels de grandes dimensions. Des recherches en chimie ont permis de développer une surface réfléchissante ayant une masse volumique d'environ 1 g/ml. Grâce à ce liquide, les miroirs ne seront plus aussi lourds et ne nécessiteront plus de structures très résistantes pour les soutenir.

2.1.3 Désavantages

Le problème majeur des miroirs liquides au mercure est leur incapacité à s'incliner. En effet, une faible inclinaison de ceux-ci engendre des perturbations importantes à leur surface. De plus, le mercure produit des vapeurs nocives qui peuvent être présentes pendant 36 heures après la création du miroir. Après ce temps, l'évaporation ne se produit plus à cause de la couche d'oxyde qui s'est formée en surface. Le poids excessif du mercure est un autre désavantage de ces miroirs, car cela nécessite des structures et des éléments mécaniques performants.

Toutefois, l'arrivée d'un film réfléchissant qui se dépose sur des liquides visqueux

Page 16: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 2. Éléments théoriques des miroirs liquides 5

avec une faible masse volumiquc vient enrayer les problèmes de vapeur et celui du poids. Dorénavant, avec cette nouvelle technologie, il sera possible de créer des miroirs liquides inclinables.

2.2 Principe de base

Les miroirs liquides utilisent un concept fondamental. Un liquide mis en rotation à vitesse constante prend une forme parabolique due aux équipotentielles formant une parabole. Ce phénomène n'est pas causé par les contraintes s'appliquant sur ce liquide, mais bien par le résultat des forces agissant sur ce dernier (voir figure 2.1). La seule contrainte est l'enceinte dans laquelle celui-ci est confiné.

v accélération résultante

force axe de rotation "~* centrifuge

| poids

FlG. 2.1: Forces agissant sur le miroir. D'après le mémoire de Dallaire (2004).

La forme parabolique des équipotentielles provient de la somme vectorielle de deux accélérations perpendiculaires agissant en tout point sur le liquide (figure 2.1). Il s'agit de l'accélération gravitationnelle g et de l'accélération centrifuge a = tu'2r, où u> est défini par LU = 2TT/T, T étant la période de rotation du miroir. La somme vectorielle de ces accélérations résulte en une accélération parallèle à la normale de la surface du liquide. L'angle se trouvant entre cette accélération et la verticale est défini, pour chaque rayon,

Page 17: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 2. Éléments théoriques des miroirs liquides 6

par l'équation :

t a n a = | ^ j : (2.1) 9

ujzr

Cet angle est relié aux coordonnées y et r par la relation suivante (y est dans la direction de l'axe de rotation sur la figure 2.1)

d/u t a n a = - r 2.2)

dr

En solutionnant l'expression différentielle résultant du jumelage des équations 2.1 et 2.2, il en découle l'expression suivante (le système est considéré centré à l'origine)

y wV

2p

Cette équation est celle d'une parabole pouvant être écrite comme

r2 = 4Ly (2.3) où L = £ = g « RJ2 (2.4)

où Rc = — (2.5) ur

L correspond à la longueur focale et 7?c au rayon de courbure du miroir. Comme il est indiqué dans l'équation 2.4, la longueur focale dépend de la fréquence angulaire ui. Il en est de même pour le rayon de courbure du miroir. Donc, il est facile de changer la longueur focale de ces miroirs en modifiant leur période de rotation.

Il est évident que la théorie développée ici fait référence à des miroirs parfaitement horizontaux. Cette théorie représente une situation idéale, car il est impossible clans la réalité d'avoir un miroir liquide dont l'axe de rotation est parfaitement vertical. Ainsi, cette faible inclinaison engendre la périodicité des forces agissant sur le miroir. Elle complique énormément le modèle et doit être traitée d'une façon particulière. Dallaire a traité cette situation dans son mémoire [9].

2.2.1 Miroir en situation d'inclinaison

Examinons le comportement des forces lorsque le miroir liquide est incliné. La seule différence avec le miroir parfaitement horizontal est la variation périodique induite

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Chapitre 2. Éléments théoriques des miroirs liquides 7

dans la force de gravité. L'étude des composantes de ce vecteur force, agissant sur un élément de volume, permet de décrire la dynamique au niveau d'un miroir liquide; incliné. L'élément considéré est de volume suffisamment petit pour qu'en tout point de celui-ci les vecteurs forces puissent être considérés approximativement égaux. Un repère est fixe par rapport à cet élément de volume et tourne avec le miroir relativement à celui situé à l'extérieur du miroir. Cette situation est présentée à la figure 2.2.

Une simple inclinaison de 1" implique une variation de la somme des forces selon la verticale. Elle est suffisante pour ébranler l'équilibre régnant au sein du miroir. Puisque dans le cas d'un miroir incliné le vecteur résultant tourne d'une façon périodique autour de la normale de la surface, les équipotentielles sont continuellement perturbées. Les conséquences de cette perturbation sont :

- l'équilibre des forces sans cesse perturbé, - le liquide constamment en mouvement, - un effet d'écoulement du liquide sur une longueur qui dépend de sa viscosité.

Ce type d'écoulement est laminaire et caractéristique des liquides à faible nombre de Reynolds. De façon générale, le nombre de Reynolds est défini comme Re — — où U est la vitesse caractéristique du liquide, L la taille de l'écoulement et v est la valeur de la viscosité cinématique du licmide. Ainsi, un petit nombre de Reynolds est associé à une grande viscosité. Le liquide se répandant sur une surface lisse n'est pas affecté par cet écoulement de type laminaire. Cependant, lorsqu'elle présente des bosses, la surface du liquide se déforme, car ce type d'écoulement fait en sorte que le licmide passe sur les côtés et sur le dessus de façon à contourner la bosse. Ce phénomène est celui du «print-through». Il est représenté à la figure 2.3. À gauche, la représentation montre les lignes de courant du licmide qui contournent le défaut (représenté ici par une sphère) en passant au-dessus. À droite, la déformation de la surface du liquide engendrée par un défaut situé au fond du récipient est illustrée de façon globale. Une situation semblable se retrouve dans le cas de toute autre imperfection, comme des fissures et des bosses allongées. Ce phénomène de déformation de la surface du liquide a été étudié en détail par Dallaire [9] lors de sa maîtrise. Les résultats de ses recherches seront présentés au chapitre 3.

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Chapitre 2. Éléments théoriques des miroirs liquides

système incliné

système non-incliné

FiG. 2.2: Définition du repère de l'élément en situation d'inclinaison ou non. D'après le mémoire de Dallaire (2004).

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Chapitre 2. Éléments théoriques des miroirs liquides 9

(a) Lignes de courant autour d'une sphère (b) Vue globale du phénomène

FlG. 2.3: Effet d'un défaut de fond sur la surface du liquide, a) est tirée du document de Fermigier (2004) et b) est tirée du mémoire de Dallaire (2004).

2.3 Caractéristiques des fluides

Premièrement, un fluide est défini comme étant un corps simple composé d'une assemblée d'atomes ou de molécules identiques, en phase liquide ou gazeuse. Chaque fluide possède de nombreuses caractéristiques qui lui sont propres dont la tension de surface et la viscosité. Ces deux concepts, qui sont très utilisés en chimie, sont élaborés dans cette section.

2.3.1 Tension de surface

La tension de surface est définie comme étant une force par unité de longueur dans le plan de l'interface liquide-vapeur et assurant la cohésion de l'interface. Il découle de cette tension une propriété fondamentale des liquides qui est leur tendance à se contracter de façon à exposer la surface la plus faible possible [11]. Ainsi, s'il est souhaité d'étirer un côté d'une surface d'un liquide (aire de 2lx) d'une distance dx, le travail à fournir est défini par l'équation suivante

dW = fdx = 2-fldx

où 7 est la tension superficielle exprimée en N-m~l ou mN-m~l. Le travail nécessaire à l'étalement sera important si la tension du liquide est élevée. Donc, un liquide avec une grande tension superficielle est plus difficile à étaler que celui ayant une tension plus faible.

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Chapitre 2. Éléments théoriques des miroirs liquides 10

2.3.2 Viscosité

Les liquides à l'étude dans ce document possèdent un nombre de Reynolds (Re) faible. Comme défini plus haut, les liquides à Re faible sont ceux possédant de façon générale une viscosité élevée. Mais qu'est-ce que la viscosité ?

La viscosité est un élément de caractérisation important pour tous les fluides. Elle est en fait la résistance d'un fluide à l'écoulement uniforme et sans turbulence. Les liquides visqueux se reconnaissent facilement par leur consistance pâteuse et gluante. Toutefois, la viscosité s'applique à tous les liquides, même ceux qui ont une apparence semblable à l'eau.

Supporter de grandes déformations sans que la force qui unit les particules ne cesse est la propriété essentielle des fluides. L'amplitude de ces déformations ne cause pas de contraintes aux fluides, contrairement aux solides. Les contraintes sur les fluides proviennent plutôt de la vitesse de déformation de ceux-ci. Ce principe est facile à illustrer à partir de l'expérience suivante. Plaçons un liquide entre deux plaques planes parallèles sans défaut. Ces deux plaques sont séparées par une distance h. La figure 2.4 illustre cette situation.

Y - /

ri

i i

>

F i e . 2.4: Écoulement d'un liquide entre deux plaques parallèles. D'après le document de Fermigier (2004).

Dans cette situation, le liquide est soumis à des contraintes de cisaillement. Une force est appliquée sur la plaque supérieure tandis que celle inférieure reste immobile. La plaque supérieure se déplace maintenant à une vitesse constante V, car un fluide se déforme continuellement sous l'effet d'une contrainte de cisaillement. Ceci implique que le liquide en contact avec la plaque supérieure se déplacera à la même vitesse que celle-ci, comme le montre la figure 2.4. Du même fait, la plaque inférieure étant fixe gardera immobile le fluide qui est en contact avec elle. Le reste du liquide situé entre les deux plaques se déplacera de façon progressive, comme le montre les vecteurs vitesse dans le triangle sur la figure 2.4.

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Chapitre 2. Éléments théoriques des miroirs liquides 11

De façon simple, la force qui s'exerce sur la plaque inférieure est proportionnelle à V/h, soit F /S ex V/h, lorsqu'elle est divisée par la surface de contact entre la plaque et le liquide. Le coefficient de proportionnalité est la viscosité dynamique du liquide r/. Dans l'équation. F /S définit la pression due à la contrainte de cisaillement agissant sur le liquide. V/h, quant à lui, exprime le gradient de vitesse présent dans le liquide. Il est donné par l'inverse du temps.

La viscosité dynamique 77 a donc' la dimension d'une pression multipliée par le temps. Cette dimension s'exprime en Poiseuilles (1 Poiseuille = 1 Pa-s = 1 kg • rn~} • s - 1 ) . De façon plus commode, l'unité Poise sera utilisé pour parler de la viscosité dynamique. Dans cet ouvrage, l'unité Stoke servira à décrire la viscosité cinématique des liquides v. Cette viscosité, v, est reliée à la viscosité dynamique, r/, par la relation suivante (p est la densité est en kg /m 3 ) :

ïj = V * />

L'expérience illustrée plus haut est une façon simple de décrire la procédure pour mesurer la viscosité d'un liquide. En pratique, la mesure de la viscosité à l'aide des contraintes de cisaillement s'effectue dans une géométrie circulaire. En fait, le liquide est maintenu entre deux cylindres de rayons à peine différents. L'un d'eux est fixe tandis qu'une vitesse de rotation est imposée à l'autre. La viscosité du fluide est relative au couple qu'il faut engendrer pour que la rotation demeure à cette vitesse.

Pour dresser un barème de la viscosité, le tableau 2.1 donne la densité et la viscosité de quelques liquides connus.

Liquide Densité Viscosité Viscosité Dynamique r; Cinématique v

| f ' . / m l l [centiPoise] [centiStoke]

Essence 0,7 0,6 0,86 Alcool - 1,2 -

Eau 0,998 1,2 1,2 Mercure 13,6 1,57 0,115

Huile d'olive 0,92 84 91 Huile à moteur - 660 -

Glycérine 1,26 1500 1190 Miel - 5000 -

TAB. 2.1: Caractéristiques de liquides connus.

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Chapitre 2. Eléments théoriques des miroirs liquides 12

2.3.3 La dynamique du fluide sur une surface plane

Dans le cadre de notre expérience, il est important de comprendre un peu plus en détail la dynamique derrière le mouvement du liquide. Considérons un cas se rappro­chant de celui que l'on retrouve dans les miroirs liquides, en prenant une plaque plane sur laquelle se trouve un fluide visqueux. La figure 2.5 illustre le cas où la plaque est mise en mouvement brusquement.

^+_L 1Z

'"'

FlG. 2.5: Situation où la plaque est mise en mouvement brusquement. D'après le docu­ment de Fcrmigier (2004).

Cette figure présente un élément de volume du fluide d'une épaisseur dz et d'aire dS dans le plan perpendiculaire à celui de la feuille. La force ressentie par la face supérieure de l'élément de volume est

(2.6) '/ dz z+dz

où ux est la fonction de la vitesse du fluide sur toute l'épaisseur. La force sur la face inférieure est

dux

-v- dz (2.7)

La résultante de ces deux forces est donnée par la variation temporelle de la quantité de mouvement de l'élément de volume. Cette variation correspond à la somme des forces qui s'exercent sur l'élément et est représentée par (p étant la masse volumique du fluide).

AF = pdzdSdux

dt (2.8)

La relation fondamentale de la dynamique est exprimée à l'équation 2.9, où S est la surface délimitant le volume V, dS est un élément de surface de normale n, / est la force exercée par unité de volume et a le tenseur des contraintes. À partir de cette

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Chapitre 2. Éléments théoriques des miroirs liquides 13

équation et en utilisant celles allant de 2.6 à 2.8, on obtient celle de la diffusion de la quantité de mouvement dans l'élément de volume V décrite à l'équation 2.10. Dans cette équation, v est la viscosité cinématique du fluide qui se définit comme le rapport entre la viscosité dynamique r/ et la masse volumique p.

D ~Dt

I pudr] Jv

fdr+ ; andS (2.9)

dux

~~dt v Q2u3

p dz2 d2ux

' dz2 (2.10)

Cette équation démontre que la stabilisation d'un liquide (atteinte d'une vitesse uniforme de tout le volume) dépend de sa viscosité v. Il est également possible de décrire le profil de la vitesse à différents instants d'un liquide visqueux, comme l'illustre la figure 2.6. L'ordonnée représente l'épaisseur du liquide et u/U, en abscisse, le rapport entre la vitesse du liquide et celle de la plaque.

FlG. 2.6: Profil de vitesse à différents instants d'un liquide visqueux sur une plaque plane mise brusquement en mouvement. D'après le document de Fermigier (2004).

Les équations présentées ici sont tirées du document de Fermigier [12] où elles ca­ractérisent le comportement d'un fluide newtonien1. Cependant, les liquides qui ont été utilisés lors de mes expériences sont de type non-newtonien. Ceux-ci, ('ontrairement aux liquides newtoniens, possèdent une viscosité dépendante des contraintes imposées. Ils ont aussi une réponse non-linéaire à la force appliquée;. C'est pour cela que les équations

'Fluide dont sa viscosité reste constante malgré les contraintes qui lui sont imposées.

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Chapitre 2. Éléments théoriques des miroirs liquides 14

de cette section ne décrivent pas le comportement du fluide non-newtonien, mais servent à évaluer de façon sommaire son déplacement.

Il faut noter que dans l'expérience décrite ci-haut, le liquide est considéré comme une étendue à l'infini. Donc, l'effet des bords n'est pas considéré. Dans notre situation, le liquide est contraint par les parois du récipient et se déforme le long de celles-ci. Ainsi, la région centrale du miroir est la seule où l'approximation de la surface infinie du liquide peut s'appliquer.

Contrairement à l'expérience décrite ci-haut, où le mouvement est linéaire, le conte­nant qui constitue le miroir est en rotation. Il est possible de lier ces deux expériences par le fait qu'un mouvement circulaire à rayon élevé peut être considéré par des droites de petites longueurs. Néanmoins, le comportement du fluide dans un contenant circu­laire en rotation demeure un problème de dynamique fort complexe.

2.4 Techniques d'analyse de surface

Les recherches présentées dans ce texte portent essentiellement sur la qualité de sur­face des miroirs recouverts d'un film d'argent. Pour la connaître, différentes analyses ont été réalisées. Dans cette section, il sera question des techniques utilisées pour effectuer ces analyses. Toutefois, la théorie du test de lumière diffusée est présentée à la section 8.1.1.

2.4.1 Analyse par interférométrie

L'interférométrie est une technique très employée. Elle permet d'analyser avec une grande précision les défauts se trouvant sur la surface de l'échantillon. L'interféromètre que j 'a i utilisé, lors de mes recherches, est de marque Zygo. Il réalise un portrait topo­graphique de la surface avec une précision de l'ordre du nanomètre sur des échantillons d'une dizaine de centimètres. Lorsque les défauts sont d'ordre supérieur au micromètre, l'interféromètre perd de sa précision. Le fonctionnement de l'appareil sera explicité en détails à la section 6.1.

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Chapitre 2. Éléments théoriques des miroirs liquides 15

2.4.2 Test de Ronchi

Le test de Ronchi est bien connu dans l'analyse de la qualité des miroirs. Il a été découvert par le physicien Vasco Ronchi en 1923. Ce test permet en premier lieu une analyse qualitative des défauts se trouvant à la surface des miroirs. Le fonctionnement de ce test est fort simple. Il suffit de positionner une fente lumineuse au centre de courbure du miroir (soit le double de la longueur focale de celui-ci). La lumière qui sort de cette fente est dirigée vers le miroir. Puisque le miroir est parabolique, la lumière sera réfléchie au centre de courbure. La lumière passera par un réseau qui sera ensuite captée par une caméra. La figure 2.7 illustre bien le système.

moniteur

9 FlG. 2.7: Schéma du montage pour le test de Ronchi. D'après le mémoire de Dallaire (2004).

Le montage est disposé de telle sorte que l'image du réseau placé au centre de courbure se superpose sur le réseau lui-même. Ceci produit un patron formé de ce que Ronchi a nommé franges de combinaison. Ce patron porte le nom de ronchigramme. La figure 2.8 illustre la géométrie du test de R,onchi.

Ces franges sont très utiles dans l'analyse des miroirs, car leur forme dépend des aberrations de ceux-ci. Il est possible de voir l'effet de plusieurs aberrations courantes (coma, astigmatisme, défocus, aberration sphérique, etc) sur les ronchigrammes dans le livre de Malacara [18]. Chacune d'elle engendre des comportements différents au niveau des franges. La combinaison de plusieurs aberrations implique donc une interprétation très difficile. La figure 2.9 illustre les ronchigrammes d'un miroir idéal possédant les mêmes caractéristiques que celui utilisé lors des expériences. Ceux-ci présentent l'effet du défocus et de l'aberration sphérique (miroir parabolique;).

La forme des franges peut être aussi affectée par la présence de petits défauts de

'■••"-".'.-••... r éseau c a m é r a mi ro i r "'•--."""■•■-.

feule d e lumiè re .-■"■-. ^ _ T \ /

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Chapitre 2. Éléments théoriques des miroirs liquides l(i

Surface under

t«s f

- T A ,

Ronchi ru l ing

FiG. 2.8: Géométrie du test de Ronchi. D'après le livre de Malacara (1978).

FiG. 2.9: Ronchigrammes d'un miroir parfait de 1 m de diamètre à différentes posi­tions par rapport au centre de courbure. (Rayon de courbure = 547 cm, réseau de 20 lignes/cm)

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Chapitre 2. Éléments théoriques des miroirs liquides 17

surface. Les défauts observables peuvent être de l'ordre du micromètre, tel une poussière ou un cheveu. Ces défauts créent un point foncé sur les franges claires du ronchigramme et un point clair sur celles foncées. Ceci est dû à la déviation du faisceau de lumière par le défaut, comme l'illustre la figure 2.10.

référence situation "réelle"

FlG. 2.10: Déviation d'un rayon de lumière par un défaut. D'après le mémoire de Dal-laire (2004).

Il est possible de connaître la valeur de la déviation a du rayon de lumière à partir de l'équation suivante

(2.11) a 21R

où 1 est le nombre de lignes du réseau par cm, R le rayon de courbure du miroir en mètre et n le nombre de franges que le faisceau a déviées par rapport à son emplacement de référence. En connaissant la valeur de cet angle, il est possible d'évaluer de façon approximative la hauteur de ce défaut à partir de l'équation suivante

dh ~ tan(a) x d (2.12)

où d est la largeur du défaut observé. Puisque nos observations sont demeurées qualitatives, aucun développement n'a été fourni avec ces équations. Le développement de celles-ci est bien expliqué dans le mémoire de Dallaire [9].

Page 29: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitra 2. Éléments théoriques des miroirs liquides 18

2.4.3 Test de Foucault

Le test de Foucault est aussi très utilisé dans l'analyse de la qualité de surface des miroirs. C'est un test complémentaire à celui de Ronchi. Il permet d'observer quali­tativement les défauts qui se trouvent à la surface du miroir. Ce test utilise le même montage que celui de Ronchi, mais le réseau est remplacé par un couteau ; d'où le nom anglais «knife-edge test». Si la lame du couteau est placée au foyer d'un miroir sphérique, celui-ci est totalement assombri. Cependant, si une déformation au niveau de ce miroir fait dévier la lumière, celle-ci apparaîtra claire et facilitera son identification.

Toutefois, le miroir étudié lors de mes recherches est parabolique. Comme dans le cas du test de Ronchi, le patron est modifié par les aberrations présentes sur la surface. Donc, le miroir parabolique (aberration sphérique) ne sera pas complètement assombri, car la réflexion des rayons de lumière ne se rejoint pas au même endroit, comme l'illustre la figure 2.11. Cette figure montre que certains faisceaux sont bloqués et d'autres pas. Dans ce cas, l'image obtenue est celle située au centre de la figure 2.12. Les autres images de cette figure représentent celles obtenues lorsque le couteau est situé au-delà et en deçà du foyer.

Il est important de savoir qu'il faut observer les défauts dans la zone sombre et non dans la zone blanche. En effet, la zone blanche peut présenter des défauts (taches sombres) qui ne sont pas visibles dans la partie sombre (taches blanches). Ces taches sont en fait causées par des zones non-réflechissantes du film ou des poussières. Ainsi, le test de Foucault permet une analyse rapide de la surface, car tous les défauts apparaîtront clairs dans la zone sombre. Il est également possible, suite à cette analyse, de connaître avec précision l'amplitude de ces défauts. Toutefois, les équations pour effectuer cette analyse ne seront pas développées dans ce document, car la caractérisation de la surface n'a été que qualitative.

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Chapitre 2. Éléments théoriques des miroirs liquides 19

FiG. 2.11: Tracé des rayons lors du test de Foucault. D'après le mémoire de Dallaire (2004).

FiG. 2.12: Test de Foucault d'un miroir parabolique pour différentes positions du cou­teau. D'après le livre de Malacara (1978).

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Chapitre 3

Problématique de la recherche

3.1 Observations de défauts de surface

Depuis plusieurs années, des recherches se poursuivent dans le but de produire des miroirs liquides inclinables. Cependant, un problème persiste ; l'apparition de défauts de surface en cas d'inclinaison. Les premières observations de ce phénomène remontent à 1996 sur des miroirs au mercure. Tremblay [22] a remarqué qu'une inclinaison de 5 secondes d'arc du miroir est suffisante pour créer une déformation importante de la surface. Elle est créée par l'écoulement du mercure à cause de sa faible viscosité (u = 0,115cSt).

L'analyse de la surface d'un miroir liquide incliné a débuté durant l'été 1998 par Artigau [1]. Il remarqua qu'il n'y avait pas de structure répétitive des défauts d'un miroir à l'autre. Il a également noté que l'écoulement du liquide cause des défauts de surface près des parois du récipient. Aussi démontra-t-il que plus un liquide est visqueux, moins sa surface a de défauts lors de l'inclinaison.

L'analyse des surfaces se poursuivit avec Dallaire [9]. Comme Artigau [1], il remarqua l'apparition de défauts lors de l'inclinaison du miroir. La figure 3.1 montre l'apparition des défauts et l'augmentation de leur amplitude avec l'inclinaison d'un miroir d'huile de silicone de 500 cSt. Il est possible de suivre l'évolution d'un défaut marqué d'un cercle sur les images. Dallaire a identifié à partir de ses tests que les imperfections de surface sont causées par celles se trouvant sur le récipient. Ce phénomène se nomme le «print-through» et est produit par la rotation du liquide par rapport au contenant (section 2.2.1). Les miroirs analysés par Dallaire comportent beaucoup plus de défauts que ceux d'Artigau. Ainsi, il conclut qu'une surface exempte de défauts, réalisée par un

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Chapitre 3. Problématique de la recherche 21

«spincasting» adéquat, permet une meilleure qualité de miroirs liquides lorsqu'ils sont inclinés.

3.2 Première observation de l'atténuation des im­perfections de surface

Lors de ses recherches, Dallaire [9] a présenté une approche pour l'atténuation des défauts de surface. Il a démontré que l'étalement d'un film d'argent, nommé MELLF (Métal Liquid-Like Film), permet de diminuer l'amplitude des défauts de surface. Le MELLF, en séchant, réduit l'écoulement du liquide. Cependant, l'étalement de ce film d'argent est difficile et donne des miroirs de piètre qualité comme le démontre la figure 3.2.

De plus, la formation de ces miroirs demande une grande quantité de produit (ex : 12 litres d'eau + agent tensioactif et 8 litres d'huile), ce qui implique un écoulement (mouvement) important du liquide lorsque le miroir est incliné. Il est essentiellement causé par l'eau se trouvant au fond du récipient, car il est connu, que la densité de l'eau est plus grande que celle de l'huile. Cette eau diminue de beaucoup la qualité des miroirs.

Dallaire a tenté de retirer l'eau du miroir par succion, mais quelques poches d'eau sont demeurées sous la couche d'huile. Ces poches ont occasionné des variations de vitesse de l'huile lors de l'écoulement, comme le montre la figure 3.3. Il faut donc trouver un moyen de retirer entièrement l'eau se trouvant dans le miroir.

3.3 Réalisation des miroirs au MELLF sur les li­quides hydrophiles

Depuis la fin des travaux de Dallaire, les chimistes se sont concentrés sur l'utilisation des liquides hydrophiles au lieu de ceux hydrophobes. De plus, plusieurs méthodes de fabrication des miroirs au MELLF ont changé et ont apporté des complications. C'est pourquoi, mon projet de maîtrise s'est déroulé en quatre grandes étapes.

Page 33: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 3. Problématique de la recherche 22

F i e 3.1: Analyse d'un miroir liquide incliné fait d'une épaisseur de 1,6 mm d'huile de silicone à v = 500 cSt. D'après le mémoire de Dallaire (2004).

Page 34: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 3. Problématique de la recherche 23

FiG. 3.2: Miroir recouvert de MELLF avec agent tensioactif réalisé par Dallaire. D'après le mémoire de Dallaire (2004).

-► » ■ ^ - » _J -► ^W ^ - » _J -► ^ ^ ^ ^ A ^ _

^ - » _J IbncK I —► vecteur l'écoulement |

FiG. 3.3: Impact d'une poche d'eau sur l'écoulement de l'huile. D'après le mémoire de Dallaire (2004).

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Chapitre 3. Problématique de la reeherche 24

3.3.1 Fabrication des MELLFs

Des nouvelles techniques et une machine automatisée pour produire le MELLF ont été élaborées avant mon arrivée. Toutefois, la qualité du MELLF fabriqué par la ma­chine n'avait jamais été testée. Les concepts de fabrication du MELLF et de nombreux tests optiques ont dû être appris dans le but d'améliorer la qualité du film d'argent. Grâce à la machine automatisée, il a été possible de produire le MELLF nécessaire pour la fabrication d'un miroir de 1 m de diamètre en seulement 30 heures de travail comparativement à un mois lorsque fait à la main.

3.3.2 Etalement du MELLF sur de grandes surfaces

La fabrication de miroir ne se réalise plus comme à l'époque de Dallaire. Les liquides sur lesquels le film d'argent se dépose sont hydrophiles au lieu d'être hydrophobes (huiles). La chimiste Stéphanie Senkow [20] a déjà étalé du MELLF sur des surfaces de 10 cm de diamètre. Cependant, les miroirs qu'il faut créer ont un diamètre de 1 m. Une nouvelle technique d'étalement du MELLF a été découverte (section 5.4) permettant ainsi la création de miroirs d'excellente qualité. Celle-ci nécessite très peu d'eau et rend inutile l'utilisation d'un liquide tensioactif. Advenant la présence d'eau, elle sera absorbée par le liquide hydrophile;. Les problèmes d'eau au fond du contenant que Dallaire a rencontrés lors de ses travaux (section 3.2) ont donc été résolus.

3.3.3 Choix du substrat

Senkow a déposé du MELLF sur quelques liquides hydrophiles lors de ses travaux. Elle nota que celui qui fonctionne le mieux est l'éthylène glycol. Ce liquide ne possède pas une grande viscosité, ce qui empêche son utilisation pour les miroirs inclinables. De cette manière, il a fallu identifier un liquide hydrophile possédant une viscosité au-delà de 500 cSt, ayant une bonne qualité de surface et étant compatible avec le MELLF. Pour ce faire, des tests d'interférométrie ont été réalisés.

3.3.4 Qualité des miroirs au MELLF

L'analyse de la qualité de surface des miroirs au MELLF demande l'utilisation de plusieurs tests optiques. Les tests de Foucault, de Ronchi, de la lumière diffusée (PSF),

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Chapitra 3. Problématique de la recherche 25

d'interférométrie et de réflectivité (spectroscopie) ont dû être maîtrisés. Une comparai­son entre le miroir au MELLF sans inclinaison et celui au mercure a également permis une bonne évaluation de leur qualité. Pour ce faire, la manipulation du mercure ainsi que la conception de ces miroirs ont été apprises.

Page 37: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 4

Méthodologie expérimentale

Dans ce chapitre, les étapes de mes travaux seront élaborées. Le montage du miroir liquide et les manipulations réalisées lors de l'inclinaison de celui-ci sont présentés dans ce chapitre. Toutefois, les manipulations et le montage utilisés lors des autres tests seront détaillés dans des chapitres ultérieurs.

4.1 Tests réalisés

Mes travaux débutent par la synthèse du colloïde et la fabrication du MELLF. Le processus de fabrication des MELLFs et les procédés chimiques de celui-ci se trouvent à la section 5.2. Par la suite, deux tests ont été réalisés pour vérifier la qualité du MELLF. L'un étant le test de la réflectivité du MELLF (section 5.3) et l'autre, l'observation par microscope électronique à transmission. Puisque ce dernier n'a pas été réalisé par moi, mais par un autre membre de l'équipe, les détails sur ce test ne seront pas explicités. Il est possible de trouver la théorie sur cette expérience dans le mémoire de Yockell [23]. Ces tests ont été importants pour optimiser la production et la qualité des MELLFs.

Plusieurs méthodes pour la déposition du MELLF ont été trouvées (section 5.4), ce qui a permis l'identification de liquides hydrophiles compatibles avec le MELLF (section 5.4.4). Des mesures à l'interféromètre suivirent pour tester la qualité de surface de ces liquides ainsi que celle du MELLF. Le montage ainsi que les manipulations se retrouvent à la section 6.1.

Une fois ces étapes réalisées, la production et la caractérisation de grands miroirs ont

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Chapitre 4. Méthodologie expérimentale 27

pu commencer. Les premiers tests réalisés sur les miroirs liquides sans et avec inclinaison sont ceux de Foucault et de Ronchi. Le montage et les manipulations pour ces tests seront décrits dans les sections suivantes. Par la suite, le test de la lumière diffusée aussi appelé PSF (Point Spread Function) a été effectué. Pour ce faire, un montage réalisé par Tremblay [22] a été utilisé. Les opérations importantes sont expliquées à la section 8.1.2. Pour les détails sur le montage, sa conception et les ajustements, il est possible de se référer à la thèse de Tremblay [22]. L'analyse de ces tests est réalisée à partir de logiciels (section 8.1.3). Pour terminer, les étapes pour la synthèse du colloïde et celles pour la fabrication du MELLF sont détaillées aux Annexes A.l et A.2. De plus, la méthode pour réaliser le test de réflectivité du MELLF est vue en détail dans l'Annexe A.3.

4.2 Montage du miroir liquide

Le montage utilisé pour les miroirs liquides est le même depuis plusieurs années. La figure 4.1 montre une vue éclatée de celui-ci. Ce montage est constitué principa­lement du miroir qui est, un contenant circulaire de 1 m de diamètre. Ce contenant est formé d'une base en bois entourée d'une bande de métal et recouverte de résine qui forme la parabole. Le fond en forme de parabole permet d'obtenir une couche uni­forme de liquide sur toute la surface du miroir. La méthode utilisée pour créer ce fond se nomme «spincasting». Elle est expliquée en détail dans l'Annexe B du mémoire de Dallaire [9]. Les travaux de Dallairc ont démontré qu'une surface de bonne qualité est importante pour obtenir de bons résultats. Ainsi, des «spincastings» ont été réalisés du­rant mes travaux pour obtenir une surface d'excellente qualité. La résine utilisée est du polyuréthane. Contrairement à l'époxy, elle donne une surface mi-molle qui se déforme facilement. Au lieu de faire des «spincastings» donnant une couche d'environ 4 mm, une méthode développée par Anik Daigle [8], à base de polyuréthane dilué à l'acétone, a été utilisée. Elle permet la création d'une fine couche de l'ordre d'un millimètre, ce qui empêche d'augmenter inutilement la masse du contenant et de réduire son temps d'utilisation. La façon de procéder est semblable à celle d'un «spincasting» convention­nel. Il suffit simplement d'ajouter de l'acétone dans le polyuréthane. Plusieurs dépôts avec différentes concentrations ont été faits. Un mélange avec 95 % du volume total de polyuréthane et 5 % du volume d'acétone a donné la meilleure qualité de surface. L'acétone doit être ajoutée seulement à la fin de la préparation du polyuréthane, car ce solvant est très volatile et doit demeurer le plus longtemps possible dans le mélange pour permettre un meilleur étalement. Pour assurer une étanchéité complète du conte­nant, un joint de silicone est apposé à la jonction du polyuréthane et de la bande de métal.

Page 39: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 4. Méthodologie expérimentale 28

contenant du miro i r

116.6 cm

moteur p;is a pns

base à :rois points source de tension

axe de rotation

Liquide

Polvurerhan» bord it.i contcnnnr

fond en bois

Fie. 4.1: Montage du miroir liquide. Adapté du mémoire de Dallaire (2004).

Page 40: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 4. Méthodologie expérimentale 29

Pour permettre une rotation sans frottement de ce contenant, celui-ci repose sur un palier à air. L'élimination de tout frottement est important, car il cause des vibrations visibles à la surface du miroir altérant ainsi sa qualité. Ce palier repose sur une base à trois points d'appui. Ces appuis sont des vis d'ajustements permettant la mise au niveau du miroir. La façon de réaliser le niveau est présentée à l'Annexe B du mémoire de Dallaire [9]. Une section ultérieure expliquera la méthode pour incliner précisément le miroir à l'aide de ces vis.

La rotation du miroir est créée par une courroie qui relie le palier à un moteur «pas à pas». Cette courroie est en fait un ruban magnétique de cassette audio qui permet d'éviter le transfert de vibrations entre le moteur et le miroir. La vitesse de ce moteur pas à pas est contrôlée par une source de tension à fréquence variable. Plus la fréquence est lente, plus le miroir tournera lentement et vice versa. Le poids important du miroir lui confère une bonne inertie, ce qui permet de conserver une période de rotation constante.

Lors de mes travaux, un miroir de 50 centimètres a été réalisé. Il est formé d'une bande de métal avec un tube de caoutchouc en-dessous. Cette bande est ensuite déposée, centrée et étanchée à l'aide de silicone dans le miroir de 1 m de diamètre. De cette façon, la courbure du miroir demeure la même et nécessite peu de travail.

4.3 Analyse de surface

Pour permettre l'analyse de la surface, le miroir est situé sous l'instrumentation. Dans le cas des tests de Ronchi et de Foucault, les instruments sont situés sur une plate-forme ancrée dans le plafond. La figure 4.2a présente le montage permettant de réaliser le test de Foucault et de Ronchi.

Ce montage comporte plusieurs éléments. Premièrement, une lampe halogène éclaire la surface du miroir via une fente de 1 cm x 0,05 cm. L'intensité de cette lumière est ajustée à partir du variateur (Variac). La lumière provenant de la lampe réfléchit sur le miroir et passe à travers un réseau (test de Ronchi) qui est placé devant la caméra. Son emplacement est indiqué sur la figure 4.2a et est le même pour le couteau utilisé dans le test de Foucault. Il est possible d'ajuster la position du réseau ou du couteau à l'aide des vis d'ajustements (figure 4.2a). Une permet de monter et descendre le réseau ou le couteau et une autre permet un mouvement en translation de celui-ci. Ces vis facilitent la disposition du couteau exactement au rayon de courbure du miroir et le balayage de la zone de foyer. Les images du test sont captées par une caméra vidéo et s'affichent sur

Page 41: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 4. Méthodologie expérimentale 30

FlG. 4.2: Montage du test de Foucault et de Ronchi. a) Disposition des composantes utilisées pour les tests de Foucault et de Ronchi. b) Vue d'ensemble du montage et de la plate-forme qui le soutient.

un moniteur situé près du montage. L'observation des images sur ce moniteur aide à la mise en place du réseau ou du couteau. La vidéo est ensuite dirigée vers l'ordinateur et enregistrée numériquement, ce qui permet de faire l'analyse image par image à l'aide d'un logiciel.

Auparavant, une base en bois supportait le montage de Ronchi et de Foucault et reposait directement sur la plate-forme. Un simple déplacement du manipulateur chan­geait la disposition des franges des tests. Ce problème a été résolu en utilisant une table fixée au plafond pour soutenir le montage (figure 4.2b).

4.4 Inclinaison du miroir

Comme cité à la section 4.2, l'inclinaison du miroir est réalisée à l'aide des vis d'ajustements servant d'appui à la base. La procédure des tests d'inclinaison est simple. Il suffit de mettre le miroir au niveau et par la suite mesurer la distance entre le support de la vis et le point d'appui de celle-ci. Cette mesure sera celle de référence. En tournant cette vis, il est possible d'obtenir différents angles. L'angle d'inclinaison (angle a) est évalué en connaissant la valeur de la longueur de l'hypoténuse et le changement de hauteur réalisé avec la vis par rapport à la mesure de référence. La figure 4.3 illustre ce propos. Le point fixe correspond à un côté de la base triangulaire et la valeur de l'hypoténuse, sur cette figure, équivaut à celle entre la vis et ce côté. Donc, une différence

Page 42: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 4. Méthodologie expérimentale 31

de 0,509 cm par rapport à la hauteur de référence correspond à une inclinaison de 015 ' .

vernier-poinl d'appui fixe i— ^nf s \< hauteur

d'inclinaison humeur de référence

F I G . 4.3: Processus d'inclinaison du miroir. Adapté du mémoire de Dallaire (2004).

Pour vérifier l'effet atténuant du MELLF sur la formation des défauts de surface, il faut préalablement analyser la surface du liquide sans film d'argent. Lors des tests, le changement d'inclinaison est effectué sans une remise à niveau du miroir. Sachant qu'un tour complet de vis correspond à 4,36 secondes d'arc, le nombre de tours réalisés durant l'expérience est connu. Il est donc possible de replacer la vis à son emplacement original et de remettre le miroir au niveau avant l'étalement du film d'argent. Cette méthode épargne du temps et conserve la même surface du liquide avant et après la déposition du MELLF. Elle permet également de reprendre des tests d'inclinaison avec le miroir au MELLF, car il n'est pas nécessaire de l'arrêter. Par contre, cette méthode augmente l'erreur sur la mesure de l'inclinaison. Ainsi, sachant que la précision du vernier est de ±0,001 cm et que sa position varie légèrement entre chaque mesure, l'erreur totale sur l'angle est évaluée à ± 5 %, soit ± 3 secondes d'arc pour une inclinaison de 0 1 ' .

L'inclinaison du miroir engendre un déplacement de l'axe du miroir et un change­ment de la position du centre de courbure. Il est possible de rétablir le réseau ou le couteau à la position verticale du rayon de courbure à l'aide des vis d'ajustements. Ce­pendant, le montage n'est plus perpendiculaire avec l'axe du miroir, car son alignement avec celui-ci est réalisé dans le plan horizontal. Toutefois, les angles d'inclinaison sont faibles et n'affectent pas les tests.

Pour terminer, le miroir est nettoyé correctement à l'aide de savon et rincé avec de l'eau avant d'y déposer un autre liquide. La présence de contaminant peut engendrer un changement des propriétés du liquide et fausser les données.

Page 43: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 5

Mellf

La nouvelle génération de miroir liquide est constituée de MELLF (Métal Liquid-Like Film). C'est en fait une fine pellicule de nanoparticules d'argent flottant à la surface d'un liquide hydrophile, ce qui lui donne l'apparence d'un métal liquide et une réflectivité comparable à celle du mercure. Des travaux sur l'amélioration de ces MELLFs et de leur production sont toujours en cours au sein du groupe de recherche. Dans ce chapitre, il sera question de l'historique des MELLFs, leur production, leur étalement et leur qualité.

5.1 Historique

Les MELLFs ont fait leur apparition à la fin du XXe siècle. Dans le premier article portant sur ce sujet [24], Yogev et Efrima ont élaboré sur la formation d'un film d'argent d'apparence liquide à l'interface d'une phase aqueuse et d'une phase organique à l'aide d'un surfactant, comme le montre la figure 5.1. La réflectivité absolue de ce film est de 40 à 50 %. En 1989, les chercheurs Gordon et McGarvey ont découvert un MELLF à transfert de phase [15]. Le film d'argent est toujours formé à l'interface du solvant organique et de la phase aqueuse, mais le surfactant n'est plus utilisé. C'est en 2001 que l'étudiante Hélène Yockell [23] trouva le moyen de faire remonter le film d'argent à l'interface air-eau grâce à l'utilisation d'un contenant hydrophobe. Les chimistes de l'Université Laval ont amélioré les techniques de production du MELLF pour en obtenir de qualité supérieure.

Page 44: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 5. Mellf 33

MELLF

FlG. 5.1: MELLF d'Efrima. D'après l'article de Yogev et Efrima (1988).

5.2 Procédé de fabrication du MELLF

Le procédé de fabrication des MELLFs est basé sur la technique employée par Mc-Garvey. Il a ensuite été adapté pour la réalisation des miroirs liquides. Toutefois, les procédés chimiques sont demeurés les mêmes.

5.2.1 Procédés chimiques des MELLFs

Le MELLF est conçu en premier lieu d'un colloïde1 stable, celui-ci étant formé de nitrate d'argent et de citrate de sodium. Le citrate permet la réduction des ions Ag+ en particules Ag°. Celui qui en excès est absorbé à la surface des particules, ce qui leur confère une charge négative et donne lieu aux répulsions électostatiques qui stabilisent la suspension contre l'agrégation. Pour réaliser cette réduction, le liquide doit être chauffé, car le citrate est un réducteur faible. Par conséquent, la synthèse du colloïde est produite à l'intérieur d'une cuve en acier inoxydable munie d'un agitateur et d'un système de chauffage, comme l'illustre la figure 5.2. Les étapes à suivre pour la réalisation de celle-ci sont élaborées en Annexe A.l.

Une fois le colloïde terminé, il est mélangé à un solvant organique composé du 1,2-dichloroéthane et d'un complexe de cuivre agissant comme ligand2 sur les particules d'argent. La synthèse de ce complexe est présenté en Annexe A.2.1. Lors du mélange, le complexe de cuivre adhère et enrobe les particules d'argent contenues dans le colloïde.

'Un colloïde est une solution de particules en maintenues en suspension. 2Un ligand est un ion, un atome ou un groupe fonctionnel qui se lie sur un ou plusieurs atomes ou

ions centraux.

Page 45: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitra 5. Motif

F i e . 5.2: Réacteur employé pour la préparation du colloïde.

Cette enrobage permet d'extraire celles-ci vers l'interface formée de la phase aqueuse et du solvant organique, car les particules ne sont plus hydrophiles et pas plus hydrophobes. Par la suite, une partie du solvant organique remonte sur les parois du contenant qui est hydrophobe et entraîne les particules d'argent à l'interface air-eau. Le reste du solvant demeure au fond du récipient permettant ainsi son extraction, car le MELLF et le solvant forment maintenant deux phases. La figure 5.3a montre le MELLF à cette étape. L'extraction du solvant organique est ensuite réalisée et le MELLF est recueilli dans une ampoule à décanter. Ces étapes sont réalisées par une machine automatisée conçue par V. Langlois et M. Gagné durant l'été 2004 (voir figure 5.3b) [17]. Toutes les étapes exécutées par la machine sont présentées en détails en Annexe A.2.2.

À l'aide de cette ampoule, il est possible de retirer complètement le solvant laissé lors des nombreuses étapes du cycle de production. De plus, le MELLF est concentré en retirant l'eau se trouvant au centre de la phase supérieure (figure 5.3a). Ceci se réalise en utilisant une pipette reliée à une pompe électrique. Une fois que le MELLF est à la concentration voulue, il est emmagasiné dans une bouteille en téflon. Le téfion étant le seul matériau sur lequel le MELLF ne colle pas.

La réalisation d'un miroir demande une grande quantité de MELLF. En fait, un miroir de 1 m de diamètre nécessite 80 litres de colloïde, soit environ 100 cycles avec la machine à MELLF. Ainsi, puisqu'une grande quantité de colloïde passe dans la machine, il est préférable de changer le solvant une fois par 40 litres de colloïde. Si celui-ci est

Page 46: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 5. Mellf 35

(a) MELLF (b) Machine à MELLF

F I G . 5.3: Illustration du MELLF et de la machine pour fabriquer le MELLF.

vieux, beaucoup de particules d'argent resteront dans la phase aqueuse et le MELLF ne sera pas de bonne qualité.

Avant l'arrivée de la machine, le MELLF était mélangé à la main. Cela représentait, pour deux personnes, environ un mois de travail pour la fabrication d'un miroir de 1 m de diamètre. Maintenant, avec la machine, le temps nécessaire est de 30 heures pour une personne (Annexe B.l) . Ce temps pourrait être amélioré en apportant quelques modifications à la machine (Annexe B.2). Des idées pour la création d'une nouvelle machine à MELLF plus rapide et conviviale sont citées à l'Annexe B.3.

5.2.2 Réglages réalisés sur la machine à MELLF

Comme cité précédemment, la machine a été conçue par des ingénieurs. Ils ont fait un bon travail, car il ne restait qu'à optimiser la machine en réalisant quelques mo­difications et de bons ajustements. Premièrement, les modifications ont été apportées sur le déroulement de la fabrication du MELLF. Pour ce faire, le programme informa­tique a dû être modifié. Le mélange entre le solvant et le colloïde était réalisé par un long brassage. Cependant, l'agitation laissait à la surface une couche de colloïde. Pour permettre à tout ce colloïde d'être mélangé correctement au solvant, le brassage a été divisé en trois étapes d'agitations de durée égale. L'inclusion d'un arrêt et d'un départ soudain entre les brassages permet au colloïde, resté sur le dessus de la solution, d'être

Page 47: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 5. Mellf :u;

entraîné vers le fond. La durée totale est légèrement supérieure à la méthode originale.

Deuxièmement, l'extraction du MELLF se produisait par un seul pompage lors d'une agitation. Durant cette étape, une pellicule de MELLF demeurait à la surface de la phase aqueuse. Pour entraîner celle-ci au fond de l'ampoule, un arrêt et un démarrage soudain de l'agitation ont été ajoutés pour briser la couche de MELLF en surface. De plus, l'extraction de celui-ci se fait maintenant en trois pompages. Ceci permet de faire de plus petits pompages et diminue la quantité d'eau recueillie.

Des ajustements ont été apportés sur les paramètres (temps, vitesse et nombre de tours) des nouvelles étapes de fabrication. La plupart des ajustements ont été réalisées sur le temps de pompage des produits. De plus, la vitesse d'agitation lors de l'extraction du MELLF a été diminuée, car elle distribuait le MELLF dans la solution au lieu de le garder au fond de l'ampoule. L'optimisation de la machine a été complétée suite aux tests de qualité du MELLF.

5.3 Qualité du MELLF

Pour commencer la vérification de la qualité du MELLF produit par la machine, des images au TEM (microscope électronique à transmission) ont été prises par Nancy Carufel. Elles ont été comparées ensuite aux images de MELLF fait à la main. La figure 5.4 illustre une image obtenue pour chaque situation.

(a) Machine (b) Main [6]

FlG. 5.4: Images du MELLF au TEM à l'échelle de 100 nm.

Les images présentées à la figure 5.4 montrent que les particules sont de grandeurs et de formes semblables dans les deux cas. Il est donc certain que la machine produit

Page 48: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 5. Mellf ■X(

un MELLF semblable à celui fait à la main. Il reste à vérifier si ce MELLF possède une bonne réflectivité. Avant de faire ces tests, le MELLF est nettoyé une seule fois avec une quantité égale de 1,2-dichloroéthane pur. Ce lavage permet d'éliminer tout excès de complexe de cuivre et de résidus se trouvant dans le MELLF [14] tout en augmentant sa réflectivité. Les mesures de réflectivité ont été réalisées avec le spectrophotomètre Scan 500, ce qui permet d'étudier celle-ci sur plusieurs longueurs d'ondes. Un montage personnalisé doit être utilisé, car il faut que le MELLF soit en position horizontale. La figure 5.5 présente une photographie de ce montage.

FlG. 5.5: Photographie du montage pour mesurer la réflectivité.

Ce montage est composé de deux miroirs. L'un dévie la lumière vers l'échantillon situé au bas et l'autre dirige le faisceau réfléchi dans l'analyseur. Avec ce montage, de nombreux échantillons produits par la machine à MELLF ont été testés. Il a aussi permis de déterminer les meilleurs ajustements à faire sur la machine pour obtenir un MELLF de très bonne qualité. La façon de réaliser les tests de réflectivité est énoncée en Annexe A.3. La figure 5.6 illustre la réflectivité du MELLF par rapport à celle du mercure en fonction de la longueur d'onde (A = 200 nm à 2200 nm). Notez que sur le graphique, la réflectivité du mercure correspond à 100 %, mais qu'elle est de 80 % en absolu. La figure 5.6 montre que la réflectivité du MELLF est nulle à 300 nm, car cette longueur d'onde est absorbée par les particules d'argent. Elle augmente par la suite pour atteindre un maximum à 1100 nm de 111 % et diminue jusqu'à 2200 nm (98 %). Dans ce cas, la réflectivité du MELLF est meilleure que celle du mercure entre 800 et environ 2040 nm.

Une erreur de 1 % se retrouve sur la mesure de la réflectivité réalisée avec le montage de la figure 5.5. Celle-ci est due à la déviation du faisceau par les ondulations présentent sur le liquide. Puisque le CCD ne possède pas une réponse uniforme, la déviation

Page 49: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 5. Mellf 38

du faisceau sur celui-ci provoque des variations dans la mesure de la réflectivité. Le déplacement du prisme et le moteur qui l'entraîne sont à l'origine des vibrations cau­sant ces ondulations. Pour contrer ce problème, l'échantillon et le montage ont été installés à l'extérieur de l'appareil. Un système de fibre optique a permis d'apporter le faisceau de lumière à l'extérieur de la machine et de le retourner à l'analyseur. La figure 5.7 présente l'installation utilisée pour empêcher les vibrations de l'appareil.

: ^0fM

:

fM

i :

:1 I I I I i i i i i i i i i i i i I I I I I I I I I I I I i i i i j

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 X (nm)

FlG. 5.6: Courbe de la réflectivité du MELLF sur l'eau par rapport à celle du mercure (100 %).

Le montage est installé sur une table à coussins d'air placée sur une table de granité isolée de celle qui soutient le spectrophotomètre. Donc, les vibrations de l'appareil ne peuvent pas se rendre à l'échantillon. Le montage d'analyse est le même que celui utilisé dans l'appareil. Il a subi quelques modifications pour permettre la fixation des fibres, comme le montre la figure 5.7b. La figure 5.8 illustre la réflectivité du mercure en fonc­tion de la longueur d'onde. Ce graphique prouve que ce montage empêche les variations de la réflectivité causées par les vibrations de l'appareil. Ce montage permet également l'étude d'une zone en particulier, car le faisceau d'analyse est petit, contrairement à celui de l'autre montage. Malgré ces avantages, il y a présence de problèmes.

Comme le montre la figure 5.8, l'analyse se produit sur des longueurs d'ondes entre 400 nm et 900 nm. Cet intervalle est limité par la bande passante de la fibre optique. Il est toujours possible de placer une autre fibre avec une bande passante dans l'infra­rouge, mais le changement de celle-ci implique un réajustement du montage. De plus, les fibres ne possédant pas les mêmes propriétés créent un écart de 15 % de réflectivité à la jonction des deux courbes. Ce changement de fibre cause aussi un problème de reproduc-

Page 50: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 5. Mellf 39

FiG. 5.7: Photographies du montage avec fibre optique pour mesurer la réflectivité.

ce

120 -i

100

80

60

40

20

400 500 600 700 % (nm)

800 900

Fie. 5.8: Courbe de la réflectivité du mercure.

Page 51: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 5. Mcllf 10

tibilité des tests et une perte de temps. Par conséquent, suite à tous ces désavantages, l'analyse de la réflectivité des MELLFs se poursuit avec le montage de la figure 5.5 et les variations sont acceptées.

5.4 Etalement du film sur un liquide

Pour les tests de réflectivité, le MELLF est seul dans le contenant. Cependant, le but de cette recherche est de pouvoir déposer le MELLF sur un liquide visqueux dans un miroir de 1 m de diamètre et qu'il soit incliné. Stéphanie Senkow [20], étudiante en chimie, a déjà fait des dépôts de MELLF à la surface de différents liquides. Toutefois, ses étalements ont été réalisés dans des contenants de 10 cm de diamètre. Il m'a donc fallu trouver une façon de déposer le MELLF sur une grande surface sans qu'il y ait trop de défauts.

5.4.1 Dépôt direct

La méthode utilisée par Senkow était de verser le MELLF directement sur le liquide. Il suffisait de placer le goulot de la bouteille près de la surface du liquide et de verser lentement jusqu'à ce qu'elle soit couverte du film d'argent. La figure 5.9 illustrent des photographies de miroirs obtenus par un dépôt direct de MELLF sur l'éthylène glycol.

(a) (b) Agrandissement

FlG. 5.9: Miroir de 20 cm de diamètre obtenu par un dépôt direct du MELLF sur l'éthylène glycol.

Page 52: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 5. Mellf II

Cette surface comprend de nombreux défauts. En plus d'avoir des fissures dans le film, une grande zone du miroir est couverte de bulles provenant du solvant resté dans le MELLF, car lors de l'étalement celui-ci se retrouve sous le film d'argent. Cherchant à remonter à la surface, il demeure prisonnier du film et crée une déformation sous forme de bulles. Il arrive parfois qu'une partie du solvant reste à la surface du film et crée des taches blanches en séchant. Les fissures, quant à elles, proviennent du contact trop rapide entre le MELLF et la surface du liquide. De plus, ce type de dépôt entraîne des pertes de particules d'argent au fond du contenant, d'où l'importance de diminuer la vitesse des particules d'argent lorsqu'elles sont versées.

5.4.2 Dépôt à l'aide d'un palier

La solution à ce problème a été de recourir à un palier pour freiner la chute du MELLF. La figure 5.10a montre un croquis de la méthode utilisée et la figure 5.10b illustre un miroir en rotation réalisé avec celle-ci.

(a) Schéma de la méthode (b) Miroir de 50 cm

Fie . 5.10: Méthode pour verser le MELLF à l'aide d'un palier et miroir au MELLF de 50 cm de diamètre réalisé avec celle-ci sur l'éthylène glycol.

Cette méthode est beaucoup plus efficace que la précédente. Elle permet d'obtenir des films d'argent sans défaut. Toutefois, il arrive qu'il y ait quand même des bulles à la surface, celles-ci étant créées de la même façon que précédemment. Cependant, elles sont moins nombreuses et il est possible de les faire disparaître. La méthode consiste à les faire éclater en plaçant des lampes chauffantes près de la surface du miroir. La figure 5.11 montre le support servant à tenir celles-ci. Les lampes utilisées sont placées en croix pour permettre un chauffage continu tout au long de la rotation du miroir et possèdent une puissance de 250 Watts.

Page 53: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 5. Mellf 12

FlG. 5.11: Disposition des lampes chauffantes.

Cette méthode de chauffage permet d'éliminer la majeure partie des bulles. Seules les minuscules demeurent en surface. Le principe de disparition est simple. Les lampes chauffent le MELLF et le solvant qui se trouve en-dessous. C'est alors que les particules d'argent se mettent en mouvement sous l'effet de la chaleur et laissent passer le solvant qui s'évapore.

Comme dans la méthode précédente, il y a des pertes de particules d'argent. De plus, le solvant descendu au fond du récipient réagit avec le polyuréthane qui forme le miroir. Cette réaction engendre des déformations comme celles à la figure 5.12. Pour éviter que le MELLF et le solvant se retrouvent au fond du miroir, il a fallu trouver une façon d'étaler le MELLF sans le verser.

5.4.3 Dépôt par nébulisation

Puisque verser ne fonctionne pas, il m'est venu à l'idée d'utiliser une technique de nébulisation. Ma première tentative a été réalisée à l'aide d'une bouteille vaporisante. Cependant, il y a plus de phase aqueuse qui est vaporisée que de MELLF, car la succion se produit au centre du volume où se trouve l'eau (figure 5.3a). Donc, un nébulisateur de peinture automobile commercial, comme celui illustré à la figure 5.13a, a été employé. À l'aide de ce nébulisateur, il est maintenant plus facile de réaliser de beaux miroirs, comme celui à la figure 5.13b. En améliorant la méthode, de plus grands miroirs de meilleur qualité ont pu être fabriqués.

Page 54: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 5. Mellf 43

(a) Après 1 miroir (h) Après 2 miroirs

FlG. 5.12: Défauts engendrés par le solvant en contact avec le polyuréthane (fond du contenant).

(a) Nébulisateur (b) Miroir de 50 cm

FlG. 5.13: Nébulisateur commercial et photographie d'un miroir au MELLF de 50 cm de diamètre réalisé par nébulisation sur de l'éthylene glycol.

Page 55: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 5. Mcllf 44

Le nébulisateur utilise est un modèle HVBP (Haut Volume Basse Pression) qui permet une nébulisation d'une grande quantité de liquide à une basse pression. Son réservoir permet de nébuliser seulement du MELLF, car le MELLF concentré se retrouve; toujours au fond du contenant et l'approvisionnement du nébulisateur se fait par le fond.

Pour réaliser un dépôt de qualité, le MELLF doit être préparé de façon adéquate. Premièrement, il doit être bien concentré pour n'avoir que des particules d'argent à la nébulisation. Un MELLF trop dilué provoquera la nébulisation d'eau, ce qui causera des trous dans le film. Pour faire un miroir de 1 m de diamètre, il suffit de concentrer les 100 cycles de MELLF provenant de la machine pour qu'ils soient contenus dans le réservoir du nébulisateur, c'est-à-dire, pour obtenir un volume final d'environ 550 ml. Par la suite, le solvant résiduel dans le MELLF doit être extrait le plus possible. L'infime quantité restante de solvant est nébulisée en fines gouttelettes et s'évapore rapidement. Toutefois, si cette quantité de solvant résiduelle est importante, elle recouvrira la surface du miroir et pourra laisser des taches en s'évaporant. Comme dans toute création de miroir, il est important que le MELLF soit rincé dans une quantité égale de 1,2-dichloroéthane pur pour que la réflectivité du film soit meilleure.

Le nébulisateur est simple d'utilisation. 11 est relié à une bombonne d'azote com­primé, avec une pression de 45 psi à la sortie. L'azote a été choisi, car il est inerte ('t. n'affecte pas le film d'argent. Des vis, situées sur le nébulisateur et identifiées par des flèches numérotées sur la figure 5.13a, servent à l'ajustement de celui-ci. Tout d'abord, la vis # 1 sert à contrôler la pression d'air entrant dans le pistolet. Cette pression ne doit pas être trop basse, car les gouttes sortant du pistolet sont trop grosses. Si elle est trop élevée, la surface du liquide est troublée et ceci peut causer des déformations dans le film. La vis # 2 , quant à elle, permet de modifier la quantité de liquide qui sort du pistolet. Étant bien serrée, elle peut être dévissée d'un tour et quart et desserrée de nouveau si la quantité de liquide n'est pas assez importante à la sortie. La vis # 3 sert à ajuster la largeur de nébulisation. Pour une grande surface, comme un miroir de 1 m de diamètre, il est préférable d'avoir un jet d'au moins 25 cm de largeur. Un jet trop concentré causerait le même problème qu'une pression excessive. Il est évident que si la nébulisation est réalisée sur une petite surface, le jet peut être réduit. Dans ce cas, la pression devra être diminuée. En somme, plus le jet est large, plus la pression est-grande et vice versa. Pour être certain d'un maniement adéquat du nébulisateur et de ses vis d'ajustements, il est préférable de consulter le guide d'utilisation.

Il est important d'ajouter quelques conseils pour la réussite d'un miroir de bonne qualité. Premièrement, la nébulisation doit être réalisée en continu jusqu'à ce que la sur­face du liquide soit totalement couverte tout en gardant le jet perpendiculaire à celle-ci. Une pause lors de la nébulisation, provoque des films extrêmement granuleux. Un faible

Page 56: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 5. Mellf 45

excès de MELLF ne causera aucun problème. Deuxièmement, lors de la nébulisation, il est nécessaire de porter un masque de protection contre les solvants organiques, car celui restant dans le MELLF s'évapore et ses vapeurs sont incommodantes. Pour ter­miner, une pratique de nébulisation avec de l'eau permet de se familiariser avec cette technique et les ajustements du nébulisateur.

Cette méthode demande un peu plus de préparation que les autres, mais réalise de beaux miroirs sans défauts et une bonne reproductibilité. Elle a également permis d'enrayer le problème de bulles, car le solvant demeure à la surface du film et une grande partie de celui-ci s'évapore avant d'y toucher. Finalement, grâce à cette technique, il a été possible de réaliser un miroir sur le ferrofluide3 produit par Jean-Phillipe Déry, ce qui était impossible à faire lorsque le MELLF était versé directement. La figure 5.14 montre le miroir que j 'a i obtenu par nébulisation sur ce ferrofluide. Cette méthode est la seule jusqu'à ce jour à donner d'aussi bons résultats. C'est pourquoi elle a été utilisée pour tous les tests qui vont suivre.

F I G . 5.14: Miroir au MELLF de 10 cm de diamètre réalisé sur du ferrofluide par nébulisation.

5.4.4 Liquides testés

Une partie de mes recherches a été consacrée à identifier un liquide de grande visco­sité pouvant y recevoir le MELLF. Du MELLF a été étalé par nébulisation sur plusieurs

■^Liquide ferromagnétique pouvant être déformé par des champs magnétiques

Page 57: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 5. Motif 46

liquides contenus dans des plats de Pétri de verre (10 cm de diamètre). Le tableau 5.1 présente tous les liquides qui ont été testés.

Liquides Tension Viscosité Masse Composition de surface

[mN/m] (temp.)

[cSt] molaire (ran)

Poly(EG-ran-PG)* 40.2 650(25°C) 2,500 EG, 75wt% Poly(EG-ran-PG) - 350()0(25°C) 12,000 EG, 75wt%

Poly(EG-ran-PG) monobutyl ethei 36.8 3600(20"C) 3,900 EG, 50wt% Glycerol* 64.0 685(25°C) - -Poly(PG) - 150(25°C) 1,000 -

PPG-PEG-PPG 51.0 480(77°C) 2,000 PEG, 50wt% PEG-PPG-PEG 34.4 850(25°C) 2,900 PEG, 4()wt%

Poly(dimethylsiloxane) 21.1 500(25°C) - -Poly(EG) 43.5 4.3(100"C) 200 -

Ethylene glycol* 48.0 20(25°C) - -

T A B . 5.1: Liste des liquides qui ont été recouverts de MELLF par nébulisation. Les liquides ayant une affinité avec le MELLF sont marqués d'un astérisque.

La plupart de ces liquides n'ont pas une bonne affinité avec le MELLF. Seulement l'éthylène glycol, le glycerol et le Poly(EG-ran-PG) de v = 650cSt à 25"C ont fonctionné. Le Poly(éthylène glycol-ran-propylène glycol) est un copolymère formé d'éthylène glycol et de propylène glycol. Les résultats seront présentés à la section 6.3. f. À la suite de ces tests, j 'a i remarqué que les liquides n'ayant pas fonctionné ont, en général, une tension de surface plus basse que celle des liquides qui acceptent le MELLF. En conlusion, les liquides possédant une tension de surface près ou au-delà de celle de l'éthylène glycol fonctionnent avec le MELLF.

Simon Viel a trouvé des produits, sous forme solide, solubles dans l'éthylène glycol et dans l'eau. L'avantage d'utiliser ces produits est la possibilité d'obtenir différentes viscosités en manipulant les concentrations. Le tableau 5.2 présente la liste des produits mélangés dans l'éthylène glycol et dans l'eau.

Le kelcogel F est le seul solide qui peut être mélangé dans l'éthylène glycol. Tous les autres produits sont solubles seulement dans l'eau. Par contre, l'utilisation de l'eau pour dissoudre le solide entraîne une solidification de la solution, car elle s'évapore. La figure 5.15 montre la solidification du miroir réalisé sur le poly(éthylène glycol) 35000 g/mol mélangé à- de l'eau.

Page 58: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitra 5. Mellf 47

Produits

Cellulose acétate Poly(vinyl alcohol)

Carboxymethylcellulose, sodium sait Methylcellulose, 86 000 g /mol

Poly(acrylic acid sodium sait), 2100 g/mol Kelcogel F

Poly(éthylcne glycol) 35000 g/mol

TAB. 5.2: Liste des produits solides mis en solution et recouverts de MELLF par nébulisation.

(a) (b) Après 4 jours

FiG. 5.15: Dépôt d'un film d'argent par nébulisation sur du poly(EG) 35000 g/mol

Page 59: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 5. Mellf 48

Le kelcogel F est un polysaccharide utilisé pour augmenter la consistance des ali­ments et est vendu par la compagnie CPKelco. Il permet de produire des liquides sur une large bande de viscosité. Il suffit de changer les concentrations pour obtenir des viscosités différentes, comme le montre le tableau 5.3. La façon de préparer ce liquide se retrouve dans le rapport de Simon Viel. Des miroirs produits sur le kelcogel seront présentés à la section 6.3.1.

Quantité de kelcogel Quantité d'EG Viscosité [g] [ml] [cSt]

0,07 20 83 0,12 20 235 0,56 80 529 0,68 75 847 0,69 75 1284 3,00 220 2365

TAB. 5.3: Quantité de kelcogel à ajouter à l'éthylène glycol pour l'obtention de certaines viscosités.

5.4.5 MELLF mélangé à l 'éthylène glycol

Il a été présenté à la section précédente qu'il est possible de déposer du MELLF à la surface de plusieurs liquides hydrophiles. Cependant, pour faciliter la création des miroirs sur les liquides autres que l'éthylène glycol, j 'a i ajouté de l'éthylène glycol au MELLF. Il faut simplement ajouter dans le MELLF un volume égal d'éthylène glycol et de bien agiter. Le MELLF doit être concentré deux fois plus, car il faut que le volume final soit le même que lorsqu'il n'y a pas d'éthylène glycol. S'il n'est pas concentré, le MELLF aura une concentration trop faible et ne donnera pas un bon film. La façon de procéder et les quantités à utiliser sont inscrites à la fin de l'Annexe A.2.2.

L'éthylène glycol crée une couche ayant une tension superficielle différente entre le liquide et les particules d'argent. Celle-ci facilite l'étalement et la répartition uniforme des particules d'argent à la surface du liquide. L'avantage d'utiliser ce MELLF au lieu de celui contenant seulement de l'eau résiduelle du processus sera dévoilé à la section 6.3.1.

En conclusion, il a été démontré que le MELLF produit par la machine est de même qualité que celui produit à la main. La dimension de ses particules d'argent et sa réflectivité sont semblables. L'utilisation de la fibre optique lors du test de réflectivité

Page 60: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 5. Mellf I!)

a été rejetée, car elle ne permet pas une étude sur un grand intervalle de longueur d'onde et demande de nombreux ajustements. Les tests de réflectivité continueront d'être réalisés avec le montage muni de miroirs installé dans le spectrophotomètre.

La méthode de dépôt par nébulisation s'est avérée être la plus prometteuse. Elle sera utilisée pour la création de tous les miroirs présents dans les chapitres ultérieurs. Les produits qui ont une affinité avec le MELLF sont l'éthylène glycol, le glycérol et le Poly(EG-ran-PG). Il est également possible de déposer un film d'argent à la surface du Kelcogel F qui est un produit sous forme solide mis en solution dans l'éthylène glycol. Le MELLF mélangé à l'éthylène glycol rend plus facile la création des miroirs sur les liquides autres que l'éthylène glycol. Ainsi, sachant sur quel liquide il est possible de déposer le MELLF, il est maintenant temps de vérifier la qualité de ces miroirs avec' des tests optiques.

Page 61: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 6

Interférométrie

Maintenant que la technique de production des MELLFs et des miroirs est connue, les tests de caractérisation de la surface des miroirs peuvent commencer. Ceux-ci débutent à l'aide de l'interférométrie. L'utilisation de cette méthode a permis de connaître de façon précise la dimension des défauts de surface. Elle a aussi déterminé si la majorité de ceux-ci provienent du film d'argent ou du liquide sur lequel il repose. Premièrement, les principes de l'interférométrie seront élaborés. Ils seront suivis de l'analyse de plu­sieurs liquides visqueux pour identifier celui dont la surface est exempte de défauts et qui possède une bonne affinité avec le MELLF.

6.1 Principes du test (l'interférométrie

Cette section consiste en un survol des principes de l'interférométrie. Une brève description de l'interféromètre et de son fonctionnement sera présentée. Elle sera suivie de l'élaboration des processus effectués lors de l'analyse des patrons d'interférences.

6.1.1 Montage

Pour réaliser les tests, un interféromètre de marque ZYGO a été utilisé. Il permet une analyse précise des défauts sur une surface d'un diamètre maximal de 10 cm. Cette analyse donne toutefois un bon aperçu sur la dynamique et la qualité de surface d'un miroir de 1 m de diamètre.

Page 62: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 6. Interférométrie 51

L'interféromètre ZYGO utilise un laser He-Ne (À = 632,8 nm). Le faisceau laser est premièrement séparé en deux parties d'intensité égale par une lame séparatrice. L'un est le faisceau de référence et l'autre celui d'analyse. Le faisceau d'analyse tra­verse plusieurs optiques pour atteindre la surface de l'échantillon (voir figure 6.1). Il réfléchit sur celui-ci et repasse en sens inverse dans les optiques. Il est ensuite recom­biné au faisceau de référence. La recombinaison de ces faisceaux produit des franges d'interférences créées par la modification du front d'onde d'analyse lors de la réflexion sur l'échantillon. L'analyse de l'ensemble de ces franges (patron d'interférence) permet d'étudier la surface de l'échantillon.

Lumc ufparalricc et de tninsmlKHion

Colllmuceur X

"T<—f-

Surface â étudier

FlG. 6.1: Schéma simplifié d'un interféromètre de marque ZYGO.

L'échantillon à analyser doit être placé en position horizontale puisqu'il est liquide. Par conséquent, un miroir d'excellente qualité optique doit être disposé en angle pour dévier la lumière vers l'échantillon comme l'illustre la figure 6.2. Lors des expériences, le miroir utilisé comporte de l'astigmatisme. Ainsi, la mesure d'un miroir plan d'excellente qualité (voir figure 6.3) doit être soustraite aux mesures prises sur les échantillons.

Surface a étudier

FlG. 6.2: Utilisation d'un miroir pour dévier le faisceau vers l'échantillon.

Page 63: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 6. Interférométrie r>2

FiG. 6.3: Profil interférométrique d'un miroir plan déformé par l'astigmatisme du miroir déviateur.

6.1.2 Analyse des patrons d'interférences

Une légère modification du parcours optique du faisceau de référence engendre une variation de sa phase et crée un déplacement des franges. L'analyse de ce comportement produit une topographie détaillée de la surface. À partir de celle-ci, il est possible de connaître les variations de la hauteur le long d'une coupe. Elles sont données par la valeur RMS (Root Mean Square) ou par la différence entre la valeur minimale et maximale observée (p-V). Ces données peuvent aussi être calculées sur la surface entière. La valeur RMS sera prise par rapport à un plan. Les valeurs RMS et de «peak-to-valley» sont mesurées sur la surface de l'échantillon. Pour éviter d'inclure les effets de bords dans l'analyse, un masque est placé sur la surface à l'aide du logiciel. Après l'ajout du masque, la dimension des surfaces analysées est de (48 ± 1) mm. De plus, l'inclinaison de l'échantillon (« tilt ») a été enlevée pour chaque image à l'aide du logiciel.

6.2 Qualité de surface des liquides

Des liquides hydrophobes ont été utilisés par Dallaire [9] lors de ses travaux. Puisque le MELLF n'a pas d'affinité avec ces liquides, il a fallu en identifier d'autres qui possèdent une bonne qualité de surface et où il est possible d'y déposer le MELLF. L'analyse de la qualité de surface des liquides hydrophiles présentés à la section 5.4.4 sera exposée dans cette section. Ces liquides ont été versés dans des plats de Pétri de verre pour l'analyse. Notez qu'une surface est considérée de bonne qualité optique lorsqu'elle possède une valeur RMS inférieure à A/10.

Page 64: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 6. Interférométrie 53

6.2.1 Analyses de différents liquides

Le tableau 6.1 présente tous les produits qui ont été testés, ainsi que leur consistance et leur viscosité. L'analyse de ces liquides a été difficile à cause de la présence de courants d'air et de vibrations dues à l'appareil. L'installation d'une boîte de carton sur la zone d'étude a permis de diminuer les courants d'air et d'obtenir de meilleurs profils.

Produits chimiques Consistance Viscosité [cSt]

Kelcogel F Glycérol

Poly(éthylène glycol-ran-propylène glycol) Ethylène glycol

solide (poudre) liquide liquide liquide

1380 et 2365 685

500, 650 et 1000 20

T A B . 6.1: Liquides hydrophiles testés à l'interféromètre.

La figure 6.4 illustre le profil en trois dimensions de chaque produit du tableau 6.1. Celui du glycérol est accompagné du profil d'une coupe transversale. De plus, le profil du poly(éthylène glycol-ran-propylène glycol) (diminutif PEG-ran-PG) à lOOOcSt est le seul à être présenté, car il est semblable à ceux du liquide à 500 et 650cSt. Le tableau 6.2 donne la valeur RMS et le «peak-to-valley» (p-V) de chaque profil en trois dimensions. Les valeurs du glycérol sont inscrites sous le profil de coupe.

Produits RMS RMS p-V [/iin] [A] H

Kelcogel, u = 1380 cSt 0,629 - -Kelcogel, v = 2365 cSt 0,550 - -

Glycérol 0,055 1/12 0,315 Poly (ethylène glycol-ran-propylène glycol) 0,017 1/37 0,101

Ethylène glycol 0,165 1/4 0,814

TAB. 6.2: Caractéristiques de la surface des liquides hydrophiles sans MELLF testés à l'interféromètre.

Les liquides qui possèdent la meilleure qualité optique est le PEG-ran-PG avec une valeur RMS de À/37 et le glycérol avec une valeur RMS de À/12. Par contre, il est impossible de savoir la véritable qualité des autres liquides. La courbure dans le profil du kelcogel, 1380 et 2365 cSt fausse la caractérisation. L'analyse est aussi trompée par l'instabilité de la surface de l'éthylène glycol. Elle est causée par des courants d'air et

Page 65: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre G. Interférométrie 54

(a) Kelcogel, u = 1380 cSt, RMS de 0,629 /iin (b) Kelcogel, u = 2365 cSt, RMS de 0, 550 //m

(c) Glycérol, RMS de 0,055 /zm

N o r v a l i z » ; On

| d il

| i i » i | i i i i | i i i i | i i i i | i i i i | i i i i | i i i 0 0 10.0 20.0 30.0 40.0 60 0 60 0

Dlitinc» (mm) 0 . 3 1 5 \xm m a O.Ubb \m

(d) Glycérol, profil de coupe

(e) PEG-ran-PG, RMS de 0,017 //m (f) Ethylène glycol, RMS de 0,165 /un

FlG. 6.4: Profils interférométriques de la surface de tous les produits sans MELLF.

Page 66: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 6. Interférométrie 55

les vibrations de l'appareil. Toutefois, les tests révèlent que la surface de ces liquides n'est pas granuleuse.

6.3 Qualité de surface des miroirs au MELLF

Les tests décrits dans la section précédente ne permettent pas de réaliser une bonne analyse sur tous les liquides. Donc, le rejet de certains liquides pour la formation de miroir n'est pas fondé. L'analyse de la surface des liquides recouverte de MELLF devrait permettre de meilleures conclusions sur leur qualité optique.

6.3.1 Dépôt et analyse du MELLF

Pour connaître la réaction du liquide avec le MELLF, tous les liquides cités dans la section précédente ont été recouverts de MELLF par nébulisation. Puisque ceux-ci ne réagissent pas tous de la même façon, ils seront abordés un à un en commençant par le kelcogel et le PEG-ran-PG. Les tests sur l'éthylène glycol et le glycérol suivront par la suite.

Kelcogel

La courbure de la surface du kelcogel, 1380 et 2365 cSt, (voir figures 6.4a et b) n'est plus présente lorsque celui-ci est recouvert de MELLF, comme le présente la figure 6.5. D'autres tests ont été réalisés sur le kelcogel en utilisant un MELLF à base d'eau deux fois plus concentré et ajouté à un volume égal d'éthylène glycol. La figure 6.6 expose le profil des miroirs obtenus. La valeur RMS de la surface par rapport à un plan et le «peak-to-valley» (p-V) des miroirs réalisés sont présentés au tableau 6.3.

Ces valeurs démontrent que l'utilisation d'un MELLF avec de l'éthylène glycol per­met d'obtenir une meilleure qualité de surface que celui à base d'eau. Dans le cas du kelcogel à 1380 cSt, l'amélioration de la valeur RMS est de 36 % et de 82 % pour celui à 2365 cSt. Il en est pratiquement de même pour les valeurs du p-V. L'ajout d'éthylène glycol dans le MELLF facilite l'étalement des particules d'argent en formant une fine couche entre le film et la surface du liquide. Cette couche est ensuite absorbée par le liquide.

Page 67: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 6. Interférométrie 56

Le kelcogel permet d'obtenir des liquides de différentes viscosités. Il engendre de même des miroirs avec une excellente qualité de surface, soit de A/22. Toutefois, la mauvaise réflectivité du film d'argent implique que ce produit ne peut pas être utilisé pour la fabrication de miroirs liquides.

(a) v = 1380 cSt, RMS de A/14 (h) v = 2365 cSt, RMS de A/2

FlG. 6.5: Profils interférométriques de miroirs de kelcogel dans l'éthylène glycol recou­vert par nébulisation de MELLF à base d'eau, soit du MELLF conventionnel. (Valeurs caractéristiques présentées dans le tableau 6.3.)

(a) v = 1380 cSt, RMS de A/22 (h) v = 2365 cSt, RMS de A/14

FlG. 6.6: Profils interférométriques de miroirs de kelcogel dans l'éthylène glycol recou­vert par nébulisation de MELLF mélangé à l'éthylène glycol pour un rapport (1 :1). (Valeurs caractéristiques présentées dans le tableau 6.3.)

Poly(éthylène glycol-ran-propylène glycol)

Le PEG-ran-PG, diminutif de poly(éthylène glycol-ran-propylène glycol), est un liquide dont la chaîne est constituée d'éthylène glycol. Donc, les miroirs fabriqués avec ce produit devraient avoir de belles surfaces, car il est connu que le MELLF a une bonne affinité avec: l'éthylène glycol. La figure 6.7 montre la surface du miroir fait de MELLF à base d'eau et la figure 6.8a illustre la surface du miroir fait de MELLF mélangé à l'éthylène glycol. Les valeurs caractéristiques de ces miroirs sont contenues dans le tableau 6.4.

Page 68: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 6. Interférométrie 57

Kelcogel MELLF RMS

H p-V |//m|

v =-- 1380 cSt avec eau avec EG

0,044 0,028

0,189 0,298

v = 2365 cSt avec eau avec EG

0,244 0,045

1,869 0,460

TAB. 6.3: Comparaison entre la qualité de surface des miroirs de kelcogel dans l'éthylène glycol recouverts par nébulisation d'un MELLF à base d'eau ou de celui mélangé à de l'éthylène glycol (EG) pour un rapport (1 :1).

FiG. 6.7: Miroir de PEG-ran-PG u = 500 cSt recouvert par nébulisation de MELLF à base d'eau sur, RMS de A/2.

Page 69: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 6. Interférométrie 58

Les valeurs du tableau 6.4 confirment que les miroirs faits de MELLF mélangé à l'éthylène glycol sont meilleurs que ceux réalisés avec du MELLF à base d'eau. La valeur RMS est 35 % moins élevée que celle du miroir avec un MELLF à base d'eau. Par contre, la qualité du miroir fait de MELLF avec l'éthylène glycol est seulement de A/4, ce qui n'est pas acceptable. Elle s'améliore toutefois avec le temps. La figure 6.8 présente la surface en trois dimensions de ce miroir 15, 30 et 120 minutes après fabrication. Les caractéristiques de ces miroirs se retrouvent dans le tableau 6.4. Une amélioration de 30 % de la valeur RMS de la surface se produit entre 0 et 15 min, de 19 % entre 15 et 30 min et de 30 % entre 30 et 120 min. Ce qui correspond à une amélioration totale de la qualité de surface de 60 % après 120 minutes.

(a) 0min, RMS de A/4 (b) 15min, RMS de A/6

(c) 30min, RMS de A/7 (d) 120min, RMS de A/10

FiG. 6.8: Profils interférométriques montrant l'amélioration avec le temps de la qualité de surface d'un miroir de PEG-ran-PG u = 1000 cSt recouvert par nébulisation de MELLF mélangé à l'éthylène glycol pour un rapport (1 :1).

Malgré le fait que la qualité de surface atteint A/10, ce liquide ne pourra pas être utilisé dans la conception de miroir à cause de sa faible réflectivité. En effet, le miroir devient terne quelques heures après sa création, comme l'illustre la figure 6.9.

Page 70: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 6. Interférométrie 59

PEG-ran-PG RMS |//m|

p-V [//m]

seul MELLF avec eau

0,017 0,235

0,101 1,860

MELLF avec EG Omin MELLF avec EG 15min MELLF avec EG 30min

MELLF avec EG 120min

0,154 0,108 0,088 0,062

1,055 0,647 0,551 0,492

TAB. 6.4: Comparaison entre la qualité de surface des miroirs de PEG-ran-PG recou­verts de MELLF à base d'eau et de celui mélangé à de l'éthylène glycol (EG) pour un rapport (1 :1). Amélioration avec le temps de la qualité du miroir recouvert de MELLF avec EG.

FiG. 6.9: Photographie d'un miroir au MELLF de 10 cm de diamètre fait par nébulisation sur le PEG-ran-PG.

Page 71: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 6. Interférométrie 60

Ethylène glycol

Les travaux de Stéphanie Senkow ont démontré cjno le dépôt d'un film d'argent sur l'éthylène glycol donne, en apparence, de belles surfaces. Toutefois, la qualité optique du film d'argent n'est pas connue. La figure 6.10 illustre le profil en 3 dimensions du miroir obtenu sur l'éthylène glycol avec du MELLF conventionnel (à base d'eau).

F i e . 6.10: Profil inteférométrique d'un miroir (l'éthylène glycol recouvert par nébulisation de MELLF à base d'eau, RMS de A/16.

A la vue de ce profil, la qualité du miroir fait sur de l'éthylène glycol est excellente. La valeur RMS de la surface est égale à 0, 040//m, soit A/16, et a un p-V de 0, 259//m. De plus, le profil démontre que le MELLF a un effet stabilisateur, car son assèchement crée une couche protectrice contre les perturbations visibles à la figure 6.4f.

Glycérol

Les tests précédents ont démontré que les miroirs faits sur l'éthylène glycol ont une qualité de surface excellente. De plus, une ressemblance existe dans la configuration chimique du glycérol et de l'éthylène glycol (figure 6.11). Cela laisse croire que le film d'argent sur le glycérol sera de bonne qualité. La figure 6.12 présente le profil en 3 dimensions de la surface du miroir fait sur le glycérol avec les deux types de MELLF. Le tableau 6.5 donne la valeur RMS et le p-V de la surface du glycérol seul, avec du MELLF à base d'eau et avec du MELLF mélangé à l'éthylène glycol.

Comme il a été prédit, le MELLF possède une bonne affinité avec le glycérol. La nébulisation de MELLF n'affecte pas la qualité de surface du liquide. La valeur RMS du miroir fait de MELLF avec ethylène glycol est quasiment égale à celle du glycérol seul. De plus, les miroirs produits sur le glycérol et sur l'éthylène glycol ont une réflectivité

Page 72: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 6. Interférométrie (il

CH2™CH2 C H 2 - C H - C H 2 I I I I I

OH OH OH OH OH (a) EG (h) Glycérol

FlG. 6.11: Configuration chimique du glycérol et de l'éthylène glycol.

(a) MELLF avec eau, RMS de A/6 (1)) MELLF avec EG, RMS de A/11

Fie.. 6.12: Profils interférométriques de miroirs de glycérol recouverts par nébulisation de MELLF à base d'eau et de celui mélangé à de l'éthylène glycol pour un rapport (1:1).

Glycérol RMS P-V

seul MELLF avec eau MELLF avec EG

0,055 0,110 0,060

1,020 0,506

T A B . 6.5: Comparaison entre la qualité de surface des miroirs de glycérol recouverts par nébulisation de MELLF à base d'eau et de celui mélangé à de l'éthylène glycol pour un rapport (1 :1).

Page 73: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 6. Interférométrie 62

similaire. Les valeurs dans le tableau 6.5 démontrent également que le MELLF avec de l'éthylène glycol produit un meilleur miroir que le MELLF à base d'eau. En effet, il possède une qualité de surface de A/11, soit 45 % supérieur à celle du miroir fait de MELLF à base d'eau. Le même écart est observé pour la valeur du p-V. Le glycérol est donc un liquide envisageable pour la fabrication des miroirs liquides.

6.3.2 Amélioration par la nébulisation de solvant

Il est très difficile d'obtenir à chaque fois la même qualité de miroir. En effet, la préparation du MELLF (section 5.2.1) et son étalement (section 5.4) peuvent différer d'une fois à l'autre même si l'on applique des techniques identiques. La figure 6.13a illustre le profil d'un miroir fait sur de l'éthylène glycol avec du MELLF à base d'eau. Ce miroir a une valeur RMS de 0,113/im, soit A/5. Cette qualité est moindre que celle du miroir présentée à la figure 6.10 qui est de A/16.

(a) sans nébulisation, RMS=A/.r> (b) 1 nébulisation, RMS=A/6

(c) 2 nébulisations, RMS=A/8

FlG. 6.13: Profils interférométriques d'un miroir d'éthylène glycol recouvert par nébulisation de MELLF à base d'eau sans et avec une et deux nébulisations de sol­vant.

Toutefois, il est possible d'améliorer la qualité de surface par une nébulisation du solvant 1,2-dichloroéthane pur sur le film d'argent. Les profils de la surface du miroir

Page 74: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 6. Interférométrie (i.'i

après une et deux nébulisations sont illustrés aux figures 6.13b et c. La qualité optique est améliorée de 12 % (valeur RMS de 0, 099/an) par une nébulisation de solvant et de 28 % (valeur RMS do 0, 081/Lan) par deux nébulisations. Ces nébulisations augmentent la qualité de la surface en diminuant l'ampleur des défauts et accroissent également en apparence la réflectivité du film d'argent. Donc, à l'aide de cette méthode, il sera toujours possible d'obtenir des miroirs de qualité acceptable.

En conclusion, les tests ont démontré que la nébulisation du MELLF permet de fa­briquer de beaux miroirs. Cependant, leur qualité optique n'est pas la même d'un miroir à l'autre. La surface de ces miroirs peut toutefois être améliorée par la nébulisation de solvant (1,2-dichloroéthano) qui diminue l'amplitude des défauts du film d'argent.

Les tests ont aussi prouvé que l'éthylène glycol et le glycérol sont les liquides qui possèdent les meilleures affinités avec le MELLF. En effet, les miroirs fabriqués sur ces liquides ont une qualité de surface et une réflectivité supérieures. Ainsi, le glycérol est celui qui sera retenu pour les tests sur les miroirs inclinables, car l'éthylène glycol est peu visqueux et que les autres liquides (kelcogel, PEG-ran-PG) engendrent des miroirs de faible réflectivité.

Page 75: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 7

Analyse de la surface des grands miroirs

Plusieurs techniques servent à caractériser des surfaces. Lors de mes recherches, le test de Foucault et celui de Ronchi ont été utilisés, car ils sont les mieux adaptés pour l'étude des défauts sur de grands miroirs. Le principe de ces tests est expliqué dans les sections 2.4.2 et 2.4.3. Dans ce chapitre, il sera question de l'analyse des miroirs au MELLF et au mercure sans inclinaison. Elle sera suivie de l'effet de la nébulisation de solvant sur la qualité des miroirs. Pour terminer, l'influence de l'inclinaison sur la surface des miroirs au MELLF sera étudiée.

7.1 Miroirs sans inclinaison

La création de miroirs de grandes dimensions a été difficile. Premièrement, plusieurs miroirs de 50 cm ont été fabriqués avec la technique de nébulisation (section 5.4). Une analyse sommaire de ces miroirs a permis de démontrer que cette technique est prometteuse. Par la suite, des miroirs de 1 m de diamètre ont été conçus pour effectuer une analyse détaillée de la qualité du MELLF. Avant de déposer le film d'argent, j 'a i analysé le liquide visqueux sur lequel il repose.

Page 76: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 7. Analyse de la surface des grands miroirs 65

7.1.1 Miroirs sans inclinaison et sans MELLF

Il est nécessaire de connaître les défauts de la surface du liquide avant que le MELLF y soit déposé. Les expériences de Dallaire [9] et de Artigau [1] montrent qu'il n'y a aucun défaut lorsque le miroir est non incliné. Toutefois, pour obtenir une telle surface, ils ont observé qu'un temps de stabilisation de 24 heures est nécessaire. Les liquides qu'ils ont utilisés sont hydrophobes et ont une viscosité entre 500 et lOOOcSt.

Durant mes recherches, j 'a i utilisé des liquides hydrophiles. Il est aussi nécessaire d'attendre que la surface de ces liquides soit dépourvue de défauts. La figure 7.1a présente la surface d'un miroir de 1 m de diamètre composé de 3 mm d'éthylène gly-col (viscosité de 20cSt). Celle-ci est couverte d'irrégularités peu de temps après son étalement. Après 25 minutes, le centre possède toujours des défauts, comme l'illustre la figure 7.1b. Cette figure révèle que la disparition des imperfections commence le long des parois et s'oriente vers le centre du miroir. La figure 7.2 montre que la surface est excellente après 2 heures et 25 minutes. Il est normal que ce temps soit inférieur à celui utilisé par Dallaire [9] et Artigau [1], car la viscosité et la tension de surface du liquide sont des facteurs à considérer. Sachant que la surface du liquide ne contient pas de défauts, j 'a i analysé la qualité du miroir suite à l'étalement d'un film d'argent.

(a) t = 0 (b) t = 25min

FlG. 7.1: Ronchigrammes d'un miroir fait de 3 mm d'éthylène glycol dans le temps suite à l'étalement.

7.1.2 Miroirs sans inclinaison et avec MELLF

Comme cité auparavant, des miroirs de 50 cm de diamètre (voir image 7.3a) et de 1 mètre (voir image 7.3b) ont été réalisés. Avec le perfectionnement de la fabrication de ceux-ci, ils sont devenus de meilleures qualités. La figure 7.4 expose les tests réalisés sur le miroir de 1 m fait sur de l'éthylène glycol avec moins d'imperfections.

Page 77: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 7. Analyse de la surface des grands miroirs 66

FiG. 7.2: Ronchigramme d'un miroir fait de 3 mm d'éthylène glycol 2 heures 25 minutes après étalement.

(a) 50cm (b) lm

FiG. 7.3: Images de miroirs réalisés avec la technique de nébulisation. a) Miroir au MELLF de 50 cm de diamètre par nébulisation sur l'éthylène glycol. b) la réflexion de l'auteur dans un miroir au MELLF de 1 m de diamètre par nébulisation sur l'éthylène glycol.

Page 78: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 7. Analyse de la surface des grands miroirs 67

FiG. 7.4: Tests de Foucault et de Ronchi réalisés sur un miroir au MELLF de 1 m de diamètre fait par nébulisation sur l'éthylène glycol.

Les tests de Foucault et de Ronchi dénotent que la surface du miroir est légèrement granuleuse. Cet aspect peut être dû à plusieurs facteurs comme : la synthèse du colloïde (temps de chauffage, etc), la production du MELLF, un jet trop fort durant de la nébulisation, une trop petite quantité de solvant résiduelle, les poussières à la surface du film, etc. Ces nombreux facteurs font en sorte que la production de miroir au MELLF est difficile. Malgré tout, la nouvelle génération de miroir au MELLF possède une meilleure apparence et est plus prometteuse que la dernière. La figure 7.5 présente les tests réalisés par Dallaire sur l'un de ces miroirs fait de MELLF avec agent tensioactif. Les nombreux trous et fissures dans le film d'argent diminuent considérablement sa qualité optique. De plus, leur fabrication nécessite des quantités importantes de produits qui favorisent l'écoulement du liquide et le bris du film.

7.1.3 Miroir sans inclinaison au mercure

Un miroir au mercure a été fabriqué sur le même montage dans le but de comparer sa qualité à celle d'un miroir au MELLF. La figure 7.6 expose les tests réalisés sur ce miroir. La surface de ce miroir est très peu granulaire contrairement au film d'argent. Toutefois, la présence de poussières en surface provoque quelques défauts. De plus, des ondes concentriques sont visibles sur les images de la figure 7.6. Elles sont causées par les vibrations provenant du mécanisme d'entraînement. Puisqu'aucune ondulation n'est présente sur les miroirs au MELLF (figure 7.4), on en déduit qu'ils ne sont pas sensibles aux vibrations, contrairement à ceux au mercure.

Page 79: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 7. Analyse de la surface des grands miroirs 68

(a) Test de Foucault

>V><-i • *

H \ I (b) Test de Ronchi

r^*» : • * M » *1H * • . • • i

• j » • ••f»1

•A >* ̂ S

•Si • Aufll

(c) Surface du miroir

FIG. 7.5: Tests réalisés par Dallaire sur un miroir de 1 m composé de MELLF, d'huile et d'eau avec: de l'agent tensioactif résiduel. D'après le.mémoire de Dallaire (2004).

(a) Test de Foucault (b) Test de Ronchi

FiG. 7.6: Tests de Focault et de Ronchi réalisés sur un miroir de 1 m de diamètre contenant 4 mm de mercure.

Page 80: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitra 7. Analyse de la surface des grands miroirs 69

7.1.4 Amélioration par la nébulisation de solvant

Pour obtenir une surface de meilleure qualité, les tests à l'interféromètre révèlent que la nébulisation de solvant (1,2-dichloroéthane) sur la surface est une bonne approche (section 6.3.2). Cette nébulisation a été testée sur les miroirs de 1 m de diamètre, pour savoir si elle améliore réellement la qualité de la surface. La figure 7.7 exhibe les tests de Foucault et de Ronchi réalisés sur le miroir au MELLF avant et après nébulisation. Ils prouvent que la nébulisation de solvant diminue l'ampleur des défauts. Le rôle du solvant est de réorganiser les particules d'argent présentes dans les agrégats et les doubles couches. Il permet également de distribuer les excès de complexe de cuivre qui se trouvent à la surface du miroir. Ces améliorations augmentent en apparence la réflectivité du miroir. Grâce à cette nébulisation, les miroirs au MELLF possèdent une qualité de surface comparable à celle du mercure.

(c) Test de Foucault - après ncbulisation (d) Test de Ronchi - après nébulisation

F I G . 7.7: Tests de Foucault et de Ronchi réalisés sur un miroir au MELLF d'un mètre de diamètre par nébulisation sur l'éthylène glycol avant et après nébulisation de solvant.

La figure 7.8 présente les tests de Foucault et de Ronchi réalisés 24 heures après la nébulisation. Ils démontrent que la nébulisation de solvant ne crée; pas un effet tempo-

Page 81: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 7. Analyse de la surface des grands miroirs 70

(a) Test de Foucault (1)) Test de Ronchi

FlG. 7.8: Tests de Foucault et de Ronchi d'un miroir au MELLF d'un mètre de diamètre par nébulisation sur de l'éthylène glycol 24 heures après nébulisation du solvant.

raire et diminue les défauts de façon permanente. Les imperfections facilement visibles sur les tests sont causés par des poussières qui demeurent collées au film.

Une région encadrée se trouve sur les ronchigrammes du miroir avec nébulisation des figures 7.7 et 7.8. Elle indique une zone de défauts engendrée par la nébulisation de solvant. En séchant, le solvant en excès laisse des traces blanchâtres qui diffusent la lumière et créent cette apparence de défauts à la surface du miroir. Il est possible de voir cette zone de taches à l'oeil nu, comme le prouve la figure 7.9.

(a) (b) zoom

F i e . 7.9: Images des taches laissées en surface par l'assèchement du solvant.

Page 82: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 7. Analyse de la surface des grands miroirs 71

7.2 Miroirs inclinables avec et sans MELLF

Dallaire [9] a démontré, lors de ses recherches, que la surface du liquide est déformée par les défauts du récipient lorsqu'il est incliné (effet de «print-through»). De plus, il a réalisé des tests préliminaires qui montrent que le MELLF a un effet atténuant sur ces déformations. N'utilisant pas la même génération de MELLF, la réaction sur les nouveaux miroirs est imprévisible. Avant tout, notez que les inclinaisons inscrites dans cette section possèdent une erreur de ±5 % (section 4.4).

7.2.1 Miroirs inclinables sans MELLF

L'utilisation d'un liquide de grande viscosité est nécessaire lors de l'inclinaison de ces miroirs. C'est pourquoi plusieurs liquides hydrophiles visqueux ont été testés à l'interféromètre (section 6.2) pour déceler ceux qui possèdent la meilleure affinité avec le MELLF tout en n'ayant pas de défauts de surface. Le meilleur candidat trouvé est le glycérol. Comme dans le cas de l'éthylène glycol, le glycérol nécessite un temps de stabilisation, comme l'illustre la figure 7.10. Le glycérol {y = 685cSt) possède une viscosité 34 fois plus grande que celle de l'éthylène glycol (y = 20cSt). Par conséquent, il est normal qu'après 5 heures, celui-ci ne soit pas encore stable, car le temps de stabilisation dépend de la viscosité du liquide. Pour s'assurer d'une bonne stabilité, il a reposé toute une nuit avant les tests.

Des tests d'inclinaison ont été réalisés sur un miroir de glycérol (u = 685cSt) d'une épaisseur de 3 mm. La figure 7.11 illustre les tests de Ronchi et de Foucault pour ce miroir au niveau et à une inclinaison de 0°8'. Les images démontrent que le miroir ne comporte pas de déformation lorsque celui-ci est au niveau. Toutefois, l'analyse de celui-ci est pratiquement impossible lorsque l'inclinaison atteint 0°8'. Les franges du ronchigramme sont méconnaisables et de nombreux défauts occupent une place impor­tante. 11 est surprenant d'obtenir ce résultat, car les travaux de Dallaire ont démontré qu'un miroir fait d'un liquide ayant une viscosité de 500 cSt (figure 3.1) peut être incliné jusqu'à 1" avant que sa surface soit altérée.

Un test de viscosité du liquide se trouvant dans le miroir a révélé la cause de cette observation. Lors de l'inclinaison du miroir, le liquide possédait une viscosité près de 200 cSt. Cette diminution de la viscosité du liquide est due à l'absorption de l'humidité ambiante du laboratoire lors de sa stabilisation. Le tableau 7.1 présente l'évolution de la viscosité d'un échantillon de glycérol laissé à l'air libre dans le laboratoire. Pour ces tests, une épaisseur de 3 mm de glycérol a été contenue dans un plat de Pétri de verre.

Page 83: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 7. Analyse de la surface des grands miroirs ri

(a) Surface du liquide après lh (b) Surface du liquide après 2h3()

(c) Ronchigramme du liquide après 3h30 (d) Ronchigramme du liquide après 5h

FiG. 7.10: Stabilisation (disparition des défauts en surface) du glycérol avec le temps.

Temps Viscosité [heures] [cSt]

0 730,38 2 050,93 3 577,58 5 540,91 21 293,38

TAB. 7.1: Évolution de la viscosité du glycérol contenu dans un plat de Pétri avec le temps.

Page 84: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 7. Analyse de la surface des grands miroirs 73

(a) Ronchi au niveau (b) Foucault au niveau

(c) Ronchi à 0"8' (d) Foucault à 0C8'

FIG. 7.11: Tests de Foucault et de Ronchi pour un miroir de 3 mm de glyeerol au niveau et à 0°8'.

Page 85: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 7. Analyse de la surface des grands miroirs 7 1

Le tableau prouve que l'absorption de l'eau par le glycérol est importante, car sa viscosité diminue de 60 % en 21 heures. Puisqu'un temps de stabilisation de 24 heures est nécessaire, le glycérol avait une viscosité voisinant les 200 cSt lors des tests. De ce fait, il est normal que les tests d'inclinaison du miroir au glycérol ne soient pas concluants. Pour obtenir un miroir de bonne qualité lors de l'inclinaison, une viscosité supérieure à v = bOOc.St aurait dû être maintenue. Ce problème n'a pas été rencontré par Dallaire, car celui-ci a utilisé des liquides hydrophobes.

Un cercle situé au centre du miroir apparaît lorsque l'inclinaison augmente comme l'illustre la figure 7.11. Ce cercle provient d'une cavité laissée par l'installation d'un cerceau qui a servi à faire le miroir de 50 cm lors des expériences précédentes. Celui-ci déforme la zone centrale du miroir et rend l'analyse difficile. Ainsi, avec l'augmentation de l'inclinaison du miroir, la signature de Ronchi disparaît et complique l'analyse. Les déformations causées par le cercle affectent aussi les tests de Foucault, car ils masquent la véritable dimension des formes circulaires du test.

Des défauts ont été positionnés sur la surface du récipient avec du ruban d'électricien noir ayant une épaisseur de 0,17 mm. 11 est possible de les apercevoir sur les images du miroir incliné de 0°8' de la figure 7.11. Ils ont été placés pour connaître l'effet atténuant du MELLF sur le phénomène de «print-through». Cependant, la taille importante de ces défauts a seulement contribué à la détérioration de la surface.

Suite aux problèmes rencontrés, un autre miroir a été réalisé. Premièrement, la surface du contenant a été refaite pour que le défaut circulaire au centre du miroir disparaisse. Une couche de 8 mm de polyuréthane a été étalée sur le miroir en rotation. Les défauts en ruban d'électricien n'ont pas été replacés sur la surface du récipient, car ils altèrent rapidement la surface du miroir. Puisque l'humidité est le problème majeur, un abri a été érigé autour du miroir pour créer un endroit clos. L'installation d'un déshumidifîcateur dans l'abri a permis de contrôler l'humidité autour du miroir et ainsi éviter une diminution accrue de la viscosité du liquide. Un couvercle de mylar a également été installé sur le miroir durant la stabilisation du liquide pour empêcher l'humidité d'y pénétrer. Toutes ces modifications au montage ont permis d'obtenir de meilleurs résultats qui seront présentés à la section suivante.

L'emploi du déshumidificateur a nécessité l'augmentation de l'épaisseur de glycérol à 3,5 mm. C'est la couche minimale qui doit être utilisée pour que le glycérol s'étale par­faitement sur la surface du miroir. Une couche plus mince ne permet pas de réaliser un beau miroir, car le liquide ne s'étale pas suffisamment de lui-même. L'augmentation de la vitesse du miroir est nécessaire pour y arriver, mais cela occasionne des déformations à la forme parabolique. Cette épaisseur de glycérol est très importante par rapport à

Page 86: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 7. Analyse de la surface des grands miroirs 1U

celle des liquides utilisés par Dallaire [9], soit 1,6 mm. Dans les deux situations, les li­quides ont pratiquement la même viscosité. Toutefois, les liquides hydrophobes utilisés par Dallaire ont une tension de surface très basse comparativement au glycérol. Ce qui explique l'augmentation de la couche minimale (section 2.3.1).

7.2.2 Miroirs inclinables avec MELLF

Pour éviter un écoulement et le bris du film, il est important que le liquide soit de grande viscosité. En effet, 48 heures après être incliné de 0"15', seulement 30 % du film d'argent est encore intact sur un miroir réalisé sur l'éthylène glycol. Un miroir au MELLF d'un mètre de diamètre a donc été réalisé sur le glycérol d'une épaisseur de 3,5 mm {y = 685 cSt). Un temps de stabilisation du liquide de 48 heures a été nécessaire, car le liquide conserve une viscosité et une tension de surface élevées. Malgré toutes les précautions citées auparavant, cette longue période de temps a entraîné une diminution de la viscosité du liquide jusqu'aux alentours de v = 500 cSt. Les tests de Ronchi des figures 7.12 à 7.14 exposent l'effet de l'inclinaison sur le glycérol et le miroir au MELLF avant et après nébulisation de solvant (dichloroéthane pur). L'angle maximale d'inclinaison est limitée par le montage à 0'45'.

Les ronchigrammes des figures 7.12 à 7.14 illustrent une augmentation des défauts de surface avec l'inclinaison. Celle-ci est causée par le phénomène de «print-through» discuté à la section 2.2.1. Cette observation a également été réalisée par Dallaire [9] et Artigau [1] lors de leurs travaux. Les recherches de Dallaire démontrent que le MELLF permet d'atténuer la création des défauts de surface en cas d'inclinaison. Ainsi, les ronchigrammes à 0°20' et 0°45' ont été utilisés pour déterminer l'effet stabilisant du MELLF sur l'écoulement. L'analyse de ces images a également permis de connaître l'atténuation du phénomène de «print-through» par la présence d'un film d'argent à la surface du liquide hydrophile. La figure 7.15 illustre les ronchigrammes du glycérol et du MELLF avant et après nébulisation de solvant à une inclinaison de 0'20'. La figure 7.16 expose ceux à une inclinaison de 0"45'. Des mesures sont inscrites sur ces images dans le but de percevoir facilement l'atténuation du MELLF sur les défauts de surface dus au «print-through». Les défauts choisis sont les plus faciles à identifier. Les mesures sur les bords du miroir sont celles associées aux défauts occasionnés par l'écoulement.

Les mesures se trouvant sur les figures sont recueillies dans le tableau 7.2. Le défaut de l'écoulement correspond à la colonne nommée écoulement. Le défaut du haut est le # 1 et celui près du centre du miroir est identifié comme le # 2 . Le défaut # 2 a été mesuré uniquement sur les ronchigrammes à une inclinaison de 0"45', car la rugosité du film d'argent empêche une bonne visibilité de celui-ci sur les autres images. Les mesures sont

Page 87: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 7. Analyse de la surface des grands miroirs 76

Glyce ro l MELLF

Niveau

Après p u l v é r i s a t i o n

Niveau

Fie. 7.12: Ronchigrammes du miroir au MELLF réalisé par nébulisation sur 3,5 mm de glycerol à des inclinaisons de 0° à 0°6'.

Page 88: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 7. Analyse de la surface des grands miroirs 77

Après pulvérisat ion

0 ° 8 '

FiG. 7.13: Ronchigrammos du miroir au MELLF réalisé par nébulisation sur 3,5 mm glycerol à des inclinaisons de 0°8' à 0"20'.

Page 89: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 7. Analyse de la surface des grands miroirs 78

Après pulvérisation

0°30'

FiG. 7.14: Ronchigrammes du miroir au MELLF réalisé par nébulisation sur 3,5 mm glycérol à des inclinaisons 0"30' à 0°45'.

(a) Glycérol seul (b) MELLF av. pulv.

(c) MELLF ap. pulv.

FiG. 7.15: Tests de Ronchi pour un miroir au MELLF réalisé par nébulisation sur 3,5 mm de glycérol à une inclinaison de 0°20'.

Page 90: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 7. Analyse de la surface des grands miroirs 79

(a) Glycerol seul (b) MELLF av. pulv.

(c) MELLF ap. pulv.

FlG. 7.16: Tests de Ronchi pour un miroir au MELLF réalisé par nébulisation sur 3,5 mm de glycerol à une inclinaison de 0°45'.

en millimètres et à l'échelle du miroir (diamètre du miroir de 1000 mm). La déformation # 1 est engendrée par une large bande rugueuse laissée; lors du «spineasting» du miroir.

Le tableau 7.2 démontre que la surface du miroir avec un film d'argent est moins affectée par les défauts se trouvant au fond du miroir que celui au glycerol. En effet, les dimensions des défauts # 1 et # 2 à la surface du miroir au glycerol sont plus importantes que celles de ceux sur le miroir avec un film d'argent. L'atténuation du défaut # 1 est de 14 % pour le miroir incliné de 0°20' et de 21 % pour celui à 0"45'. Le défaut # 2 est atténué de 27 % par la présence du film d'argent. Le MELLF a également un effet stabilisant sur le miroir. L'écoulement est fortement modéré par le film d'argent. La diminution de celui-ci se situe entre 70 % pour l'inclinaison de 0"20' et 44 % pour celle de 0°45'. Ces améliorations sont dues à la solidification du film d'argent qui bloque la déformation du glycerol se trouvant en dessous de celui-ci. Cependant, le film est mince et demeure flexible, ce qui permet au liquide de créer tout de même des déformations en surface.

Le tableau 7.2 montre que les défauts et l'écoulement du miroir avec MELLF après nébulisation de solvant ont des dimensions plus grandes que ceux avant nébulisation. Ce comportement s'explique par la durée de 12 heures entre la prise de mesure sur le miroir avant nébulisation et celle effectuée sur celui après nébulisation. Durant cette

Page 91: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitra 7. Analyse de la surface des grands miroirs 80

Inclinaison Miroir Écoulement Défaut Défaut 0°20'

[mm] # 1 [mm]

# 2 [mm]

Glycérol MELLF

MELLF ap. pulv.

57 17 22

43 37 40

0 1,V Glycérol MELLF

MELLF ap. pulv.

66 37 42

52 41 50

65 47

T A B . 7.2: Dimensions dans le plan du miroir des défauts présents sur le miroir incliné au glycérol et sur celui au MELLF avant et après nebulisation (ap. pulv.).

période de temps, le liquide a absorbé l'humidité se trouvant dans l'air malgré l'utili­sation du déshumidificateur à l'intérieur de l'abri. Ce qui a engendré une diminution de la viscosité du liquide, donc, un plus grand écoulement. Toutefois, les dimensions des défauts demeurent inférieures à celles prises sur le miroir au glycérol qui possède une viscosité plus grande. Ce qui prouve l'efficacité du MELLF pour l'atténuation des défauts se formant à la surface du miroir.

Les ronchigrammes des figures 7.12 à 7.14 démontrent que la nebulisation de solvant améliore la qualité de la surface du miroir au MELLF. L'aspect granuleux du film d'argent est estompé après la nebulisation de solvant. En apparence, la réflectivité du film est également améliorée par ce procédé. Ce qui permet d'avoir des images plus nette et plus facile à analyser.

Dans le cas du miroir au MELLF avant nebulisation, un défaut de grande dimension engendre une déformation importante des franges du test de Ronchi. Ce défaut n'est plus visible sur les images du miroir après nebulisation. Ce phénomène s'explique par la diminution de la viscosité du liquide entre la prise de mesure du miroir sans nebulisation et celui avec nebulisation. En ayant une viscosité plus basse, le liquide a plus de facilité à s'étaler dans le contenant. Dans ce cas, il adoptera une forme parfaitement parabolique. Un autre défaut en spirale se retrouve sur le film d'argent. Celui-ci est causé par un ralentissement du miroir, ce qui a engendré une torsion du film d'argent.

En conclusion, les tests démontrent que la qualité de surface des miroirs au MELLF s'améliore par la nebulisation de dichloroéthane pur. En apparence, cette nebulisation permet aussi d'augmenter la réflectivité du film d'argent, car elle réorganise les parti-

Page 92: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 7. Analyse de la surface des grands miroirs 81

cules d'argent présentent dans les agrégats et les doubles couches et distribue les excès de complexe de cuivre en surface. Cependant, la nebulisation n'élimine pas toute la granulation présente sur le film, elle ne fait que la diminuer. Les tests ont également prouvé que les miroirs au MELLF ne sont pas affectés par la présence de vibrations comparativement à ceux au mercure.

En accord avec les résultats de Dallaire, l'analyse des tests réalisés sur les miroirs inclinés prouve que le MELLF atténue la formation de défauts à la surface du miroir. Les déformations présentes sur le miroir avec un film d'argent sont de moindre dimension que celles sur celui au glycérol. Malgré une diminution de la viscosité du liquide, le miroir au MELLF après nebulisation de solvant possède tout de même des défauts de plus petites tailles. Le dépôt d'un film d'argent contribue donc à une amélioration de la qualité des miroirs inclinables en atténuant l'effet de «print-through» et l'écoulement. Ce film d'argent crée une pellicule solide qui restreint la déformation du liquide se trouvant en dessous. De plus, l'utilisation d'un contenant ayant une surface de bonne qualité permet de réaliser d'excellent miroirs liquides inclinables.

Grâce à ces tests, j 'a i démontré que le dépôt d'un film d'argent à la surface d'un miroir liquide incliné améliore grandement sa qualité. Ces tests sont préléminaires et laissent place à d'autres améliorations. L'utilisation d'un déshumidificateur et l'installa­tion d'un couvercle de mylar sur le miroir permet de restreindre l'absorption d'humidité qui reigne dans l'air, mais cette méthode n'empêche pas de bloquer complètement celle-ci. La solution idéale serait d'avoir un liquide qui n'absorbe pas l'eau. Cependant, le MELLF se dépose seulement sur les liquides hydrophiles.

Selon les travaux d'Artigau [1] et de Dallaire [9], un liquide visqueux est moins affecté par l'effet de «print-through» si son épaisseur est faible. C'est pour cela que les tests de Dallaire ont été effectués avec une couche d'environ 1,6 mm. Il faudrait donc être capable de diminuer l'épaisseur du liquide servant à réaliser le miroir. Cependant, le liquide doit être hydrophile et avoir une tension de surface élevée pour que le MELLF puisse y être déposé. La tension superficielle élevée empêchera toujours de former une couche mince de liquide en le versant dans un contenant sans modification. L'utilisation de contenants avec un caniveau sur le bord comme celui utilisé pour les miroirs au mercure serait une solution simple à envisager. Il serait également possible de créer une couche mince uniforme de liquide en le vaporisant sur la surface du contenant. Ce procédé demanderait certainement un appareil automatisé pour que la couche soit uniforme et pour que l'épaisseur soit contrôlée. Cet appareil pourrait également servir à déposer uniformément le film d'argent à la surface de ce liquide.

Page 93: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 8

Test de la lumière diffusée

Les tests de Foucault et de Ronchi ont permis d'identifier la quantité et la grosseur des défauts sur la surface des miroirs. Toutefois, l'influence de ces défauts sur la qualité optique n'est pas connue. Le test de la lumière diffusée permettra de connaître cette influence.

8.1 Principes du test de lumière diffusée

8.1.1 Eléments de théorie

Le test de la lumière diffusée consiste à illuminer la surface du miroir par un point source situé à son centre de courbure. L'image obtenue de la lumière réfléchie est la PSF (Point Spread Function). Elle forme ce que l'on appelle la tache d'Airy. Son intensité est décrite par l'équation 8.1, où J\{z) est la function de Bessel de premier ordre.

2J,(z)n : (8.1)

Le profil de la tache d'Airy d'un miroir de diamètre donné est calculé à partir de l'équation 8.2 [22],

(Jx[(2x){Dl2x){èlX)]\2

J - \ [(2K)(D/2K)WX)] ) [*-Z)

où D est le diamètre du miroir, X est la distance miroir-détecteur et £ est une

Page 94: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 8. Test de la lumière diffusée 83

coordonnée dans le plan du détecteur. La figure 8.1 illustre le profil d'intensité pour un miroir idéal de 1 mètre de diamètre.

1000

,'IIK)

/DO

600 Mli)

400 300 200 100 o

""\

\ *.

* \

; *♦

* *, ; *t

\ • 1 1 1 mylllf ( 1 ""f '"f ' I I 1

0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 r (secondes d'arc)

FlG. 8.1: PSF d'un miroir idéal de 1 m de diamètre.

Dans cette figure, l'intensité est d'unité arbitraire. Elle conservera cette unité tout au long de ce chapitre. La résolution du miroir représentée par la distance entre le centre de la PSF et la première frange sombre;, est calculée par l'expression 8.3.

9 = 1.22A/D (8.3)

Dans notre cas, le miroir idéal a une résolution de 0,1592 seconde d'arc et une demi-largeur à mi-hauteur de la PSF de 0,0665 seconde d'arc pour À = 632, 8 nm. Les tests décrits au chapitre précédent ont démontré que la surface des miroirs possède des défauts. Les agrégats de particules, les poussières et les ondulations du liquide en sont des exemples. Leur présence engendre l'élargissement de la PSF par la création de lumière diffusée. Elle est quantifiable par l'analyse de la partie étendue de la PSF.

8.1.2 Montage

Le test est réalisé avec un système de lentilles nulles conçu par Grégoire; Tremblay en 1997. Son fonctionnement est simple. Premièrement, un faisceau laser (À = 632, 8 nm) passe par un filtre spatial. Ce filtre est constitué d'un objectif de microscope qui focalise le faisceau sur un sténopé («pinhole»). Le faisceau dévie ensuite vers les lentilles nulles par un bloc séparateur (bearn splitter). La figure 8.2a montre la disposition des éléments optiques parcourus par le faisceau laser.

Page 95: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 8. Test de la lumière diffusée 84

En traversant les lentilles nulles, le front d'onde du faisceau laser reçoit la moitié des aberrations présentes sur le miroir, mais de signe inverse. Suite à la réflexion sur le miroir, le front d'onde traverse à nouveau les lentilles nulles et redevient sphérique en recevant la moitié des aberrations du miroir. Ce système est constitué d'une lentille de puissance et d'une de champ. Celle de puissance est la plus grosse des deux et contient la majorité de l'aberration. Celle de champ est située entre celle de puissance et le miroir. Elle sert à imager l'élément de puissance sur le miroir. Un mauvais alignement de ces lentilles entraîne des aberrations. La figure 8.3 présente quelques irrégularités de la PSF causées par la présence de celles-ci. Tremblay décrit dans sa thèse [22] la procédure d'alignement et les corrections à faire pour empêcher les aberrations. La figure 8.2b montre la disposition et le support des lentilles nulles.

FlG. 8.2: Photographies du montage pour le test de la lumière diffusée.

À la sortie des lentilles nulles, la lumière est recueillie par une caméra CCD. Le CCD est de 765 x 510 pixels et chaque pixel a une dimension de 9 //m x 9 /im. L'échelle du détecteur étant de 58 //m / seconde d'arc, la dimension des images obtenues est de 119 x 79 secondes d'arc. Pour recueillir la totalité de la PSF, il est nécessaire de prendre des images à différentes intensités du laser. L'observation de la zone loin du centre est possible si le coeur de la PSF est saturé. La figure 8.4 montre deux PSF saturées d'un miroir au mercure. La saturation de la PSF crée un débordement d'énergie entre les pixels. La ligne verticale au centre de la figure 8.4b en est un.

Page 96: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 8. Test de la lumière diffusée 85

(•) (b) (<)

M) M

FiG. 8.3: PSF idéale déformée par 5 aberrations différentes. Le rapport de Strehl est de 0.8. a) Hors foyer. b)Sphérique de 3e ordre. c)Sphérique de 3e et 5e ordre, d)Astigmatisme, e) Coma. D'après le livre de Smith (2000).

(a) (b)

FiG. 8.4: PSF saturées d'un miroir au centre dans le but de percevoir les ailes.

Page 97: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 8. Test de la lumière diffusée 86

La mise à niveau du miroir est primordiale lors des tests. Une légère inclinaison du miroir provoque un étirement de la PSF dans une direction pareille à celle de la figure 8.5. Pour obtenir une bonne mise à niveau, soit une image comme celle à la figure 8.4a, il suffit de régler la position des vis d'ajustement du miroir en observant l'image en continue de la tache à l'aide d'une caméra CCD vidéo. Il est plus facile de réaliser cela en fixant un objectif de microscope à la caméra.

F I G . 8.5: PSF lors d'une mauvaise mise à niveau du miroir.

8.1.3 Analyse de la PSF

Le calcul de l'intensité azimutale de la PSF s'effectue à l'aide de l'équation 8.4. Puisque les PSF obtenues sont formées de valeurs discrètes d'intensité, il faut utiliser une autre expression. L'analyse des PSF, en format FIT, se réalise donc sur le logiciel Matlab à l'aide du programme informatique conçu par Julien Vassalo. Ce programme effectue une moyenne de l'intensité sur des anneaux, de 9 fini de largeur, centrés sur le maximum de la PSF. Ainsi, il permet d'obtenir l'intensité azimutale de la PSF à chaque 9 /ira.

= Çl(r,6)rdrde = Ç I(r,0)rdrdO [ ' ffrdrdd 2nrdr { ' ]

Les courbes obtenues sont jointes entre elles à l'aide d'une constante multiplicative avec le logiciel Excel pour former la PSF complète. La jonction débute avec la courbe de la psf saturée. Il est plus facile de le faire lorsque l'échelle de l'intensité est logarithmique. La figure 8.6 montre les courbes avant et après la jonction. Une normalisation par le sommet doit être faite pour que chaque courbe ait une intensité maximale de 1000.

Page 98: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 8. Test de la lumière diffusée 87

100000 i

.■fe 25 ci </>

<i>

C/>

c

10000

1000

100

10 ~\ r

20 30 40 r (secondes d'arc)

(a) non jointes

50 60

1000000 i

V) (1)

ers

CC

<D ±± 1— g en c

100000

10000

1000

100

10 20 30 40

r (secondes d'arc)

(b) jointes

FiG. 8.6: Jonction entre les PSF prises à différentes intensités. Les courbes # 1 à # 4 sont en ordre décroissante d'intensité, soit la plus intense (#1) à la moins intense (#4) .

Page 99: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 8. Test de la lumière diffusée 88

L'analyse de ces courbes permettra de connaître la qualité de surface des miroirs. La courbe ayant la plus petite largeur à mi-hauteur désignera le miroir de meilleure qua­lité. L'aire sous la courbe de l'intensité azimutale correspond à la quantité de lumière diffusée. Cette aire n'est pas la même pour toutes les courbes, puisque l'intensité azi­mutale est normalisée à 1000 et que la valeur maximale du rayon est limitée. Ainsi, l'aire sous la courbe est un élément de comparaison sur la qualité du miroir. Plus elle est grande, plus la quantité de lumière diffusée par le miroir est importante.

8.2 Mesure de la lumière diffusée

Le test de lumière diffusée permet de connaître l'impact des défauts de surface sur la qualité optique des miroirs. L'analyse débute par l'étude du profil de l'intensité azimutale d'un miroir au mercure et se poursuit avec celle d'un miroir au MELLF. Notez que les résultats présentés dans ce chapitre ont été réalisés suite aux modifications sur le montage qui seront présentées à la section 8.3. Celles-ci ont été réalisées dans le but d'obtenir des mesures de meilleures qualités.

8.2.1 Profil de l'intensité azimutale d'un miroir au mercure

L'analyse du profil de l'intensité azimutale des miroirs au mercure a déjà été réalisée par Content [7] et Tremblay [22]. Ils ont remarqué que le mercure est très capricieux et que le mécanisme de rotation demande beaucoup d'attention. La moindre vibration produit des ondes concentriques sur le miroir causant ainsi de la lumière diffusée. Un miroir d'un mètre de diamètre au mercure a été fabriqué. Un caniveau sur le bord et un trou au centre d'au moins 6 mm de profondeur ont été pratiqués pour obtenir une couche de mercure d'environ 1 mm. Le procédé de fabrication et les mesures spécifiques à ce miroir ont été prises dans un article écrite par le professeur Borra en 1992 [4]. La couche de mercure minimale qu'il a été possible d'atteindre est de 2 mm, car la pompe mécanique servant à pomper le mercure au centre du miroir a occasionné énormément de vibrations. La figure 8.7 présente la courbe de l'intensité azimutale du miroir au mercure d'un mètre de diamètre. La figure 8.7a présente celle du miroir au mercure et celle du miroir idéal sur une échelle linéaire de l'intensité. La figure 8.7b montre la courbe du mercure sur une échelle logarithmique de l'intensité. Cette échelle permet de mieux observer le comportement de l'intensité loin du centre de la PSF. Le rayon est borné à 50 secondes d'arc, car seulement 0,05 % de la quantité d'énergie se trouve à l'extérieur de cette zone. (Cette valeur a été évaluée par extrapolation de la courbe.)

Page 100: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 8. Test de la lumière diffusée

1000 900 800

(/) (1) m /OU *-•

arb 600

</> ."! 500 c -i *—' 400 (h + ■

ens 300

200

100 \t\.

- H g

— Idéal

2 3 r (secondes d'arc)

(a) Mercure vs théorie

4

1000

100 i/) <i>

M 10 V.

1/) c (D

0,1

0,01

0,001 10 20 30

r (secondes d'arc) 40 50

(b) Mercure en échelle logarithmique

F I G . 8.7: PSF d'un miroir au mercure de 1 mètre de diamètre comparée à celle d:

miroir idéal.

Page 101: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitra 8. Test de la lumière diffusée ! ) ( )

La PSF du miroir au mercure possède une demi-largeur à mi-hauteur de 0,3103 seconde d'arc qui est 4,67 fois celle du miroir idéal (0,0665 seconde d'arc). Cet écart s'observe facilement sur la figure 8.7a. Cette largeur importante de la PSF du mercure est en partie causée par la présence de «seeing» et d'aberrations telles que la coma dues à un mauvais alignement des lentilles nulles. Puisque le montage est rudimentaire et que des dommages sont présents sur les lentilles, ces problèmes d'aberrations et de «seeing» sont intrinsèques au montage. Il est également possible de voir sur la courbe du miroir au mercure à la figure 8.7a que l'intensité de la lumière demeure importante au-delà de 2 secondes d'arc. Le miroir au mercure diffuse donc une quantité importante de lumière par rapport au miroir idéal. Les poussières se trouvant sur les optiques sont également responsables de la diffusion de la lumière. Sur la figure 8.7b, il est possible de remarquer trois pics. L'un des pics est situé à 14,5 secondes d'arc. Les deux autres sont rapprochés et se retrouvent à 36 et 41 secondes d'arc. Ces pics sont créés par les anneaux lumineuses visibles sur la figure 8.8. Ceux-ci sont engendrés par des vibrations sur le miroir. Seulement 5% de la lumière diffusée se retrouve après le premier pic.

FlG. 8.8: PSF saturée d'un miroir au mercure illustrant les anneaux de lumières qui forment des pics sur la courbe de l'intensité azimutale 8.7b. L'image possède une di­mension de 119 x 79 secondes d'arc.

D'autres miroirs ont été réalisés auparavant sans avoir de caniveau et de trou au centre. La couche de mercure présente dans ces miroirs était de 4 mm. Toutefois, la figure 8.9 démontre que les courbes des miroirs de 4 mm (sans caniveau) et de 2 mm (avec caniveau) sont semblables. La courbe de 2 mm est distante des autres courbes entre f et 8 secondes d'arc, car de la coma est présente dans l'image de la PSF. Celle-ci demeure toutefois près des autres courbes lorsque le rayon augmente.

Malgré l'utilisation d'un caniveau et d'un trou au centre du miroir, la qualité optique de ce miroir est moindre comparativement à celle des miroirs réalisés par Content [7] et Tremblay [22]. De plus, Tremblay a observé que l'épaisseur de mercure affecte la

Page 102: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 8. Test de la lumière diffusée 9]

1000

100

1 (H (/) (Il l ±± l c - I

• w (1)

nsit 0,1

(i)

Int

0,01

0,001

miroir de 4 mm #1

miroir de 4 mm #2

miroir de 2 mm

r (secondes d'arc)

FiG. 8.9: PSF de deux miroirs avec 4 mm de mercure (contenant sans caniveau) et un avec 2 mm de mercure (contenant avec caniveau).

o.ooi 10 20 30

Rayon (arcsec) 4 0 .M»

FiG. 8.10: Élargissement du profil d'intensité (PSF) en fonction de l'épaisseur de mer­cure pour un miroir de 3,7 m de diamètre. D'après la thèse de Tremblay (1999).

Page 103: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 8. Test de la lumière diffusée 92

quantité de lumière diffusée (voir figure 8.10). L'intensité de la lumière dans les ailes (au-delà de 2 secondes d'arc) est plus basse si l'épaisseur de mercure dans le récipient est faible. Il est donc normal que notre miroir ne possède pas une bonne qualité optique (grande quantité de lumière diffusée), car une épaisseur importante (2 mm) de mercure a été utilisée pour le faire.

8.2.2 Profil de l'intensité azimutale des miroirs au MELLF

Contrairement au mercure, le MELLF est moins sensible aux vibrations causées par le mécanisme d'entraînement. Cependant, il présente une qualité de surface inférieure, comme le démontre le profil de l'intensité azimutale à la figure 8.11. Le profil du MELLF possède une demi-largeur à mi-hauteur de 0,41 ± 0, 01 seconde d'arc. Cette largeur est 1,32 fois celle du mercure. La qualité optique inférieure du miroir au MELLF est due à la lumière diffusée par les défauts de surface présents sur le film, comme les agrégats de particules et les taches laissées par le complexe de cuivre. Néanmoins, la qualité de surface s'améliore par la nébulisation de solvant (1,2-dichloroéthane).

8.2.3 Amélioration par la nébulisation de solvant

Les tests de Foucault et de Ronchi ont démontré que la nébulisation de solvant (1,2-dichloroéthane) améliore la qualité de surface par l'atténuation des défauts (section 7.1.4). Le test de la lumière diffusée a permis de démontrer que la nébulisation de solvant à la surface du miroir a un impact positif sur sa qualité optique. La figure 8.12 illustre le changement dans le profil de l'intensité azimutale suite aux nébulisations de dichloroéthane pur. Le tableau 8.1 montre la demi-largeur à mi-hauteur des profils et l'aire sous la courbe selon le nombre de nébulisations faites sur le miroir.

Le tableau montre qu'une nébulisation de solvant diminue de 61 % la quantité de lumière diffusée (aire sous la courbe). Quant à la demi-largeur à mi-hauteur, elle s'améliore de 29 %. La qualité du miroir est améliorée grâce à la disparition des taches cuivrées provenant du complexe de cuivre dans le solvant organique servant à former le MELLF. Ce complexe est demeuré à la surface du miroir suite à l'assèchement du solvant nébulisé lors du dépôt du film d'argent. Une seconde nébulisation de solvant diminue la quantité de lumière diffusée de 43 % par rapport à une seule nébulisation. Suite à 3 nébulisations de solvant, la quantité de lumière diffusée est maintenant diminuée de 69 % comparativement à deux nébulisations. Ces trois nébulisations apportent une baisse de 93 % de la lumière diffusée proportionnellement à celle du miroir au MELLF

Page 104: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 8. Test de la lumière diffusée 93

1000 900 ROO

(/) (1) m /()() >'

arb 600

</) 500 i : -i ~-~ 400 ■Ut

r. 300 m t__ 200

100

1 2 3 r (secondes d'arc)

(a) MELLF vs mercure vs théorie

1000

0,001 20 30

r (secondes d'arc)

(b) MELLF et mercure en échelle logarithmique;

FiG. 8.11: PSF d'un miroir au MELLF d'un mètre de diamètre sur Péthylène glycol comparée à celle d'un miroir au mercure; et à celle d'un miroir idéal.

Page 105: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 8. Test de la lumière diffusée 94

1000 900 800

m m

air /00

.t: 600 (U (/>

ité bOO

r; i 400 d> iJ c: 300 d> i -C 200

100

r (secondes d'arc)

(a) Partie centrale

1000

100

.t: -Q

Ut cl) ±1 C = s d) ±± </> c

0,01

0,001

Hg MELLF sans pulv

■MELLF 1pulv MELLF 2pulv

• MELLF 3pulv

K) 40 50 20 30 r (secondes d'arc)

(b) Toute la courbe

Fio . 8.12: Diminution de la lumière diffusée d'un miroir au MELLF d'un mètre de diamètre sur l'éthylène glyeol suite à la nébulisation de solvant (1,2-dichloroéthane).

Page 106: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 8. Test de la lumière diffusée !).r,

Nombre de nébulisations Demi-largeur à mi-hauteur [seconde d'arc]

Aire sous la courbe

0 1 2 3

0,41 ±0,01 0,29 ±0,01 0, 35 ± 0, 01 0,27 ±0,01

(21,77±0,05)*104

(8,47 ± 0,05) * 104

(4, 84 ±0 ,05)* 104

(1,52 ±0 ,05)* H)4

TAB. 8.1: Demi-largeur à mi-hauteur et aire sous la courbe (lumières diffusées) des PSF d'un miroir au MELLF d'un mètre de diamètre sur l'ethylène glycol en fonction du nombre de nébulisations de solvant (1,2-dichloroéthane).

sans nébulisation. La demi-largeur à mi-hauteur est de 34 % inférieure à celle du miroir sans nébulisation. Malgré cet abaissement, la quantité de lumière diffusée du miroir au MELLF avec trois nébulisations de solvant est de 67 % plus grande que le mercure (la quantité de lumière pour le mercure est de (5, 06±0, 05) * 103). Néanmoins, la qualité du miroir au MELLF est nettement améliorée lors de la nébulisation de solvant. La figure 8.13 démontre, par des images saturées de la PSF, l'amélioration qui existe entre le miroir au MELLF sans nébulisation de solvant et celui avec 3 nébulisations. La lumière se trouvant autour du point central constitue de la lumière diffusée. Cette lumière est beaucoup moins présente sur l'image du miroir avec 3 nébulisations.

(a) sans nébulisation (b) 3 nébulisations

FlG. 8.13: Visualisation de la diminution de la quantité de lumière diffusée sur les images de la PSF d'un miroir au MELLF d'un mètre de diamètre sur l'ethylène glycol suite à la nébulisation de solvant (1,2-dichloroéthane).

Le tableau 8.1 démontre que la demi-largeur à mi-hauteur de la PSF du miroir avec deux nébulisations est supérieure à celle avec une seule. Aussi, celle du mercure (0,3103 seconde d'arc) est plus grande que celle du miroir au MELLF avec 3 nébulisations (0,27 seconde d'arc). Ce phénomène est causé par la présence de coma et possiblement d'un mauvais foyer lors des prises de mesures pour le miroir au mercure et celui au MELLF

Page 107: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 8. Test de la lumière diffusée 96

après 2 nébulisations de solvant. Une valeur inférieure de la demi-largeur à mi-hauteur du miroir au MELLF après 3 nébulisations a été obtenue avec le miroir de 4 mm de mercure # 2 dont la courbe de l'intensité azimutale est présentée à la figure 8.9. Celle-ci est de 0, 22 ± 0, 01 seconde d'arc. Cette valeur est moindre que celle du miroir au MELLF avec trois nébulisations. Cela démontre que le miroir au mercure demeure avec une qualité supérieure comparativement au MELLF.

8.3 Problèmes rencontrés lors des prises de données

Certains problèmes ont compliqué la réalisation des tests et ont été corrigés avant de prendre les mesures qui ont été présentées dans ce chapitre. Premièrement, une variation périodique de la taille de la PSF a été observée lors de la première prise de mesure (miroir avec 4 mm de mercure). La figure 8.14 montre la PSF à différents temps lorsque la caméra est fixe. Cette variation est causée par un changement de la vitesse de rotation du miroir qui modifie la longueur focale. Ainsi, l'ajustement de la caméra au foyer a été difficile.

(a) t = Os (h) t = 2s

FlG. 8.14: Taille de la PSF d'un miroir au mercure à différents temps lors de la rotation du miroir (période de rotation du miroir = 5,898 secondes).

Pour le miroir au mercure, la variation de la taille de la PSF est faible à cause de sa grande inertie de rotation. Cependant, la légèreté de l'éthylène glycol implique des variations de taille plus marquées pour le miroir au MELLF. Pour diminuer ces variations, des poids ont été installés de façon symétrique sur les parois du contenant pour augmenter l'inertie. La figure 8.15 montre la disposition des poids. Cet ajout a permis de meilleures observations. Pour obtenir des variations de tailles semblables, l'éthylène glycol, sur lequel le MELLF est étalé, a été déposé directement sur le mercure. Puisqu'il a une masse négligeable comparativement au mercure, on s'assure que l'inertie est la même pour les deux types de miroir.

Page 108: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 8. Test de la lumière diffusée 97

FlG. 8.15: Disposition des poids sur le rebord du contenant.

La cause de cette variation de vitesse a été mise à jour lors d'une inspection du montage avant la réalisation du miroir avec 2 mm de mercure. Ce sont des rayures se trouvant sur les plaques du palier à air qui ont causé les ralentissements du miroir. Ces rayures sont apparues car des débris se sont infiltrés dans le palier à air. Une fois celles-ci enlevées des plaques du palier à l'aide d'une pierre d'affûtage, les variations de vitesse ont disparu.

Par la suite, la présence de coma dans des séries de mesure a été observée lors de l'analyse. Elle a été décelée en regardant le profil de la PSF en 3 dimensions, comme celui à la figure 8.16. La comparaison avec la figure 8.3e confirme que c'est bien de la coma. Ce problème a été résolu en déplaçant la lentille de champ en x-y, tel que décrit dans la thèse de Tremblay [22].

Le phénomène de «seeing» a été observé lors de la prise de mesure d'images avec l'objectif de microscope. Il est causé par le passage de courants d'air de températures différentes qui changent l'indice de réfraction du milieu entre l'élément à analyser et le récepteur. Ceux-ci proviennent de la ventilation du laboratoire. Le phénomène dévie la lumière en plusieurs points lumineux qui créent un élargissement de la PSF. Pour limiter ces courants d'air, j 'a i construit un abri qui couvre entièrement l'espace autour du miroir. La figure 8.17 présente des photographies de celui-ci. Cet abri a été construit avant la prise des tests présentés dans ce chapitre.

En conclusion, les tests effectués sur le miroir au MELLF démontrent que les agrégats de particules d'argent provoquent énormément de lumières diffusées. Toutefois, la nébulisation de solvant (dichloroéthane pur) améliore sa qualité optique en diminuant

Page 109: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 8. Test de la lumière diffusée 98

FiG. 8.16: Présence de coma dans la PSF d'un miroir au mercure d'un mètre de diamètre.

(a) (b)

FiG. 8.17: Photographies de l'abri placé autour du miroir.

Page 110: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 8. Test de la lumière diffusée 99

l'ampleur des agrégats. Une diminution de 93 % de la lumière diffusée est engendrée par trois nébulisations consécutives de solvant. Suite à celles-ci, la demi-largeur à mi-hauteur est améliorée de 34 % par rapport au miroir sans nébulisation. Par contre, le miroir au mercure possède toujours une qualité supérieure au MELLF. Sa demi-largeur à mi-hauteur est plus basse et ce miroir crée moins de lumière diffusée. Une amélioration du procédé de fabrication du MELLF et une nébulisation automatisée aiderait à obtenir des miroirs de meilleures qualités en diminuant la granulation.

Page 111: Avancées technologiques des miroirs liquides

Chapitre 9

Conclusion

Dans ce document, de nombreuses innovations ont été présentées et plusieurs conclu­sions ont été tirées. Le temps de production du MELLF a considérablement diminué en utilisant une machine automatisée. Il a été démontré que le MELLF produit par celle-ci est de qualité semblable à celui produit à la main. La dimension de ses particules d'ar­gent et sa réflectivité sont semblables. Plusieurs techniques de dépôt du film d'argent ont été mises au point et présentées dans cet ouvrage. Le dépôt direct et le dépôt par pa­lier constituent des méthodes rapides pour la réalisation de miroirs de faibles diamètres. Par contre, la méthode de dépôt par nébulisation s'est avérée être la plus prometteuse. Elle a permis la création de plusieurs miroirs d'un mètre de diamètre d'excellente qua­lité, soit supérieure à ceux de l'ancienne génération. Cependant, la qualité de ceux-ci n'est pas aisément reproductible. Malgré le fait que la production du MELLF et la nébulisation soient réalisées de la même façon d'un miroir à l'autre, les caractéristiques sont différentes. Pour contrer ce problème, l'installation d'un nébulisateur autonome permettrait de créer des miroirs similaires.

Le dépôt d'un film d'argent à la surface de plusieurs liquides hydrophiles a permis de déterminer que le MELLF a une affinité avec ceux ayant une tension superficielle élevée. Dans les liquides hydrophiles testés, l'éthylène glycol et le glycérol sont ceux ayant la meilleure affinité avec le MELLF. La réflectivité des miroirs réalisés sur ceux-ci est semblable. Les liquides à base de polymères et de polysaccharides (produits solides), qui peuvent avoir différentes viscosités, ne sont malheureusement pas de bon candidat dans la formation des miroirs liquides.

Les résultats présentés dans cet ouvrage démontrent que la nébulisation de solvant (1,2-dichloroéthane) permet d'améliorer la qualité de surface des miroirs lorsque le film est étalé. Le solvant détruit les amalgames de particules d'argent et distribue celles-ci

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Chapitre 9. Conclusion 101

sur la surface du liquide. Ces résultats ont été obtenus avec les tests d'interférométrie, les tests de Foucault et de Ronchi et le test de la lumière diffusée.

D'après les résultats des tests d'interférométrie, il est possible de réaliser des miroirs de bonne qualité sur l'éthylène glycol à l'aide de la méthode de dépôt par nébulisation. Ces tests ont également révélé qu'il est difficile de fabriquer des miroirs avec cette méthode sur d'autres liquides hydrophiles tels le glycérol. Pour obtenir une surface de bonne qualité optique sur ces liquides, il est nécessaire de mélanger le MELLF concentré contenant de l'eau résiduelle du processus de fabrication à un volume égal d'éthylène glycol. L'éthylène glycol a pour fonction de faciliter l'étalement et la répartition uni­forme des particules d'argent sur toute la surface du liquide.

Les tests de Foucault et de Ronchi ont démontré que les miroirs au MELLF sont plus stables que ceux au mercure. Aucune onde concentrique n'est présente sur les miroirs au MELLF lorsque des vibrations sont ressenties sur le contenant. De plus, ces tests ont servi à la caractérisation des miroirs faits d'un liquide hydrophile, recouverts ou non d'un film d'argent en cas d'inclinaison. Les premiers tests de Foucault et de Ronchi ont été réalisés sur un miroir ayant 3 mm de glycérol. Ceux-ci n'ont pas été concluants et ont révélé de nombreux problèmes dont la diminution de la viscosité du liquide par l'absorption de l'humidité de l'air. Suite à ces premiers essais infructueux, le montage a été amélioré. Un abri a été érigé autour du miroir, un déshumidificateur a été installé dans cet abri et un couvercle de mylar a été déposé sur le miroir lors de la stabilisation du liquide. Ces résultats démontrent également qu'un contenant ayant une surface de très bonne qualité est également essentiel à la réalisation d'un excellent miroir liquide inclinable.

Un autre miroir ayant 3,5 mm de glycérol a été fabriqué à la suite de ces modifica­tions. Les tests d'inclinaison réalisés sur ce miroir liquide ont prouvé qu'un film d'argent permet de conserver une bonne qualité de surface lorsque celui-ci est incliné. Le film d'argent forme une pellicule solide qui atténue la formation de défauts due à l'incli­naison du miroir. L'effet de «print-through» est atténué et l'écoulement diminué. Les tests de Foucault et de Ronchi ont également prouvé que le miroir au MELLF conserve une qualité de surface supérieure à celui sans film d'argent pour une même inclinaison malgré une viscosité plus basse.

Les modifications au montage ont permis de constater la diminution de la quantité d'eau absorbée par le liquide. Par contre, la viscosité du liquide continue de dimi­nuer. La solution idéale serait d'avoir un liquide qui n'absorbe pas l'eau. Cependant, le MELLF se dépose seulement sur les liquides hydrophiles. La déposition d'une pellicule liquide protectrice à la surface du film d'argent le conserverait et empêcherait l'eau d'y

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Chapitre 9. Conclusion 102

pénétrer. Néanmoins, un contrôle efficace de l'humidité est une approche réalisable dans l'immédiat.

L'utilisation d'une couche mince de liquide visqueux permettrait d'obtenir des mi­roirs d'excellente qualité à de grandes inclinaisons, car l'écoulement du liquide serait diminué. Toutefois, les liquides qui possèdent une bonne affinité avec le MELLF ont une tension de surface importante. Dans ces conditions, il est impossible d'obtenir une faible épaisseur. L'utilisation d'un contenant avec un caniveau et un trou au centre comme cehii utilisé pour les miroirs au mercure pourrait être la solution.

Le test de la lumière diffusée a permis de constater qu'à la suite de trois nébulisations de solvant, la qualité du miroir au MELLF est pire, mais comparable à celle du miroir au mercure. Le nombre de nébulisations de solvant sur le miroir a été limité à trois, car le film n'était pas épais et il commençait à se fissurer. Toutefois, il est évident que la qualité du miroir augmente avec le nombre de nébulisations réalisé. Un film plus épais permettrait d'effectuer plusieurs nébulisations de solvant et d'atteindre le maximum de qualité avec cette technique. Il m'a été impossible de réaliser le test de la lumière diffusée sur un miroir incliné, car le montage n'est pas conçu pour effectuer ces mesures. Il serait donc intéressant de modifier ce montage pour évaluer la lumière diffusée lorsque le miroir est incliné.

Mon mandat était d'étudier la qualité de surface des miroirs liquides inclinables recouverts d'un film d'argent. Dans mes travaux, j 'a i démontré qu'il est possible de réaliser des miroirs au MELLF avec une qualité optique semblable à ceux au mercure. Ces miroirs demeurent de bons compétiteurs, car le poids du MELLF est négligeable et celui du liquide visqueux est 14 fois moins élevé que celui du mercure. Donc, l'utilisa­tion d'un film d'argent permettra la création de miroirs de très grandes dimensions, car l'affaisement dû au poids du liquide ne sera plus un problème. J'ai également démontré que la présence d'un film d'argent sur le liquide atténue l'effet de «print-through» et l'écoulement du liquide à l'aide des tests de Foucault et de Ronchi. Ces tests ont donc permis de prouver qu'il est possible d'incliner les miroirs liquides au MELLF tout en conservant une bonne qualité optique. Toutefois, il faudra attendre encore quelques années avant de voir les premiers miroirs liquides inclinables au MELLF dans les ob­servatoires. Leur arrivée sera une grande révolution technologique dans le domaine de l'instrumentation astronomique.

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Page 116: Avancées technologiques des miroirs liquides

Annexe A

Procédés expérimentaux

Plusieurs manipulations n'ont pas été mentionnées dans le texte, car elles n'auraient servi qu'à l'allonger et rendre sa lecture difficile. Par conséquent, cette annexe comporte les manipulations qui n'ont pas été citées dans ce document. Elles se retrouvent essen­tiellement sous forme d'étapes simples et faciles à suivre. Premièrement, la synthèse du colloïde sera élaborée. Elle sera suivie de la production du MELLF en expliquant la synthèse du complexe de cuivre et les étapes réalisées par la machine. Dans un autre ordre d'idée, la façon de procéder pour effectuer le test de réflectivité sera explicitée dans la dernière section.

A. l Synthèse du colloïde

Les étapes qui suivent permettent la fabrication du colloïde servant à faire le MELLF. Ces étapes se réalisent avec le réacteur présentée à la figure 5.2. Cette synthèse donne 20 litres de colloïde.

1. Rincer la cuve et l'agitateur à l'eau distillée.

2. Placer un fond d'eau (environ 3 cm) et ajouter 30 ml d'acide nitrique (HNO3).

3. Nettoyer et verser le contenu dans un' contenant de récupération d'acides usés.

4. Rincer la cuve et mettre quelques gouttes d'extrant (savon concentré).

5. Nettoyer et rincer avec beaucoup d'eau distillée.

6. Rincer la cuve à l'eau nano (eau filtrée).

7. Verser 20 litres d'eau nano dans la cuve.

Page 117: Avancées technologiques des miroirs liquides

Annexe A. Procédés expérimentaux 106

8. Placer le couvercle, le bouchon, le thermomètre et l'agitateur.

9. Placer l'isolant autour de la cuve et mettre du papier d'aluminium autour de l'agitateur pour couvrir le centre du couvercle de la cuve.

10. Brancher et partir l'agitateur et le chauffage (s'assurer que le cadran indique 10 ampères).

11. Laisser chauffer durant au moins 2 h 30 pour atteindre 100 °C.

12. Ajouter 3,6 g de nitrate d'argent.

13. Après 30 minutes, ajouter 400 ml de citrate 1 % (10 g/litre).

14. Agiter durant 1 h, arrêter le chauffage et l'agitateur et laisser reposer toute la nuit.

15. Après la nuit de repos, démarrer l'agitateur environ 30 secondes.

16. Arrêter l'agitateur, transférer le colloïde dans un contenant de 20 litres (contenant bleu) et compléter le volume (20 litres) avec de l'eau nano.

Pour obtenir seulement 4 litres de colloïde, faites chauffer 4 litres d'eau nano et ajouter 0,72 grammes de nitrate d'argent et 80 ml de citrate en suivant les mêmes directives que ci-haut.

A.2 Product ion du MELLF

A.2.1 Production du solvant

Dans cette section, il sera question de la production du solvant organique servant à faire le MELLF. Le solvant consiste à un mélange de complexe de cuivre et de sol­vant 1,2-dichloroéthane. Auparavant, une méthode longue par évaporateur était uti­lisée pour obtenir le complexe de cuivre. Une méthode a été développée avec l'aide de Jean-Philippe Déry pour épargner énormément de temps. C'est cette méthode qui sera présentée ici. Pour réaliser la synthèse du complexe de cuivre et le solvant, il suffit de suivre les étapes suivantes.

1. Préparer 1750 ml de méthanol (CH^OH) et 1750 ml d'eau nano.

2. Mélanger le méthanol et environ 1300 ml d'eau nano dans un erlenmeyer de 4 1 avec un agitateur magnétique. L'eau restante sert à rincer tous les contenants servant à mesurer la quantité des autres produits.

Page 118: Avancées technologiques des miroirs liquides

Annexe A. Procédés expérimentaux 107

3. Tamponner cette solution avec un mélange de 70 ml d'acide ajcét\q\xe{CH^COOH) et 1,75 g de CH3COO~Na+.

4. Ajouter 15,362 g de tétrafiorure borate de sodium (NaBF^).

5. Ajouter 3,512 g de sulfate de cuivre (CuS045H20) et 2,94 g de Néocuproine(DMP).

6. Ajouter trois cuillerées (environ 15 ml) d'acide ascorbique pour neutraliser. La solution doit être rouge.

7. Laisser sous agitation durant 2 jours.

8. Après les 2 jours, préparer 2,29 1 de solvant 1,2-diehloroéthane.

9. Dans une ampoule à décanter de 2 1, verser 500 ml de cette solution et 500 ml de solvant 1,2-dichloroéthane.

10. Brasser un peu l'ampoule en la renversant, arrêter et faire échapper le gaz contenu dans l'ampoule par la valve.

11. Répéter l'étape 10 trois fois.

12. Replacer l'ampoule sur son support. Deux phases vont se former. Le solvant (1,2-diehloroéthane) avec le complexe de cuivre constitueront la phase du bas de couleur rouge et les autres produits se trouveront dans celle du dessus qui sera transparente.

13. Pomper la phase supérieure à l'aide d'un système sous vide relié à un erlenmeyer.

14. Verser de nouveau 500 ml de la solution dans l'ampoule.

15. Répéter les étapes 10 à 12 une fois.

I6\ Verser le solvant, phase inférieure, dans un contenant en nalgène de 4 1.

17. Vider l'ampoule dans un contenant de récupération.

18. Répéter les étapes 9 à 17 jusqu'à ce qu'il n'y ait plus de solution.

19. S'il reste du dichloroéthane, rincer l'erlenmeyer de la solution et verser dans l'am­poule.

20. Brasser un peu et attendre l'apparition des deux phases.

21. Verser la phase du bas dans le contenant en nalgène de 4 1.

22. Une fois l'ampoule vide, verser de nouveau le solvant contenu dans la bouteille de nalgène de 4 1 dans l'ampoule. Ceci permettra d'avoir un solvant sans impuretés.

Ce solvant servira à produire du MELLF avec environ 40 litres de colloïde.

Page 119: Avancées technologiques des miroirs liquides

Annexe A. Procédés expérimentaux 108

A.2.2 Produc t ion du MELLF avec la machine

Avant de pouvoir démarrer la machine, il est nécessaire de réaliser quelques étapes préparatoires qui consistent à :

1. Mettre le 20 1 de colloïde dans la cuve de la machine.

2. Mettre environ 1,5 1 de solvant dans le contenant affecté à cette fin (voir figure A.l .

(a) Contenants (b) Ensemble

FlG. A.l: Photographies des contenants et de l'ensemble de la machine fabricant le MELLF.

3. Démarrer l'ordinateur.

4. Mettre les appareils sous tension en plaçant le disjoncteur à la position «ON».

5. Démarrer le programme informatique.

6. Mettre la carte à relais sous tension à l'invitation du programme par le bouton rouge situé derrière les circuits.

7. Cliquer sur le bouton «Automatique» sur le programme.

8. Choisir l'étape 7 pour débuter le cycle.

9. Mettre le nombre de cycles à 5.

10. Cliquer sur démarrer.

Page 120: Avancées technologiques des miroirs liquides

Annexe A. Procédés expérimentaux 109

Maintenant que la machine est démarrée, les étapes suivantes sont celles qu'exécutent la machine durant le cycle.

1. Une valve située sous la cuve s'ouvre et laisse 600 ml de colloïde descendre dans l'ampoule de la machine.

2. La valve se referme et la pompe # 2 s'actionne et transfère 500 ml de solvant dans l'ampoule.

3. La pompe s'arrête et l'agitateur se met en marche durant 2 min.

4. L'agitateur s'arrête durant quelques secondes et repart pour 2 min.

5. L'étape 4 est répétée une fois.

6. L'agitateur s'arrête durant 25 secondes, il y a maintenant 2 phases ; solvant en bas et MELLF en haut

7. La pompe # 1 s'actionne et pompe le solvant par le bas de l'ampoule vers son réservoir.

8. La pompe s'arrête et l'agitateur se remet en marche. Le MELLF se sépare de la phase aqueuse et descend au fond.

9. La pompe se remet en marche durant quelques secondes et pompe le MELLF vers son réservoir (MELLF sur la figure A.l) . La pompe s'arrête.

10. L'agitateur s'arrête durant 8 secondes et repart.

11. L'étape 9 est répétée une fois.

12. Après 8 secondes, l'étape 9 est répété de nouveau.

13. La pompe se remet en marche pour pomper la phase aqueuse dans le contenant bleu (Drain sur la figure A.l) .

14. L'agitateur arrête et toutes les étapes recommencent 4 fois.

Ces étapes ne comprennent pas l'ouverture et la fermeture des valves, car elles ne sont pas nécessaire à la compréhension.

Une fois les 5 étapes terminées, la bouteille contenant le MELLF est retirée de la machine. À l'aide d'une pipette reliée à une pompe électrique, l'eau contenue au centre du MELLF est extraite. Pour terminer efficacement l'extraction de l'eau, il faut mettre le MELLF dans une ampoule à décanter. Celle-ci permettra de pomper l'eau jusqu'à ce que le volume total soit de 125 ml. Ensuite, ce MELLF est versé dans une bouteille en tenon de 2 litres placée dans l'armoire pour qu'il soit à l'obscurité (meilleures conditions pour la conservation). Une fois cela terminé, la bouteille pour recueillir le MELLF est replacée dans la machine et 5 autres étapes peuvent être réalisées.

Page 121: Avancées technologiques des miroirs liquides

Annexe A. Procédés expérimentaux 110

Lorsque que nous sommes prêt à réaliser le miroir, il faut faire les petites étapes suivantes.

1. Verser le MELLF contenu dans la bouteille de téflon dans des bouteilles de 250 ml.

2. Mélanger le 250 ml de MELLF avec 250 ml de dichloroethane dans l'ampoule à décanter.

3. Retirer le solvant le plus possible (agiter l'ampoule permet de retirer plus de solvant).

4. Verser le MELLF dans la bouteille de 2 litres en téflon.

5. Répéter les étapes 2 à 4 pour toutes les bouteilles de 250 ml contenant le MELLF. Toujours utiliser du solvant propre pour chaque rinçage.

6. Une fois tout le MELLF nettoyé et contenu dans la bouteille de 2 litres en téflon, utiliser la pipette pour extraire de l'eau pour atteindre environ 550 ml. Servez-vous du contenant du nébulisateur pour connaître le volume à atteindre.

Ce MELLF est prêt à être nébulisé sur de l'éthylène glycol. Si le dépôt est réaliser sur un autre liquide hydrophile (ex. glycérol), il faut retirer de l'eau du MELLF pour atteindre un volume final d'environ 275 ml et le mélanger avec 275 ml d'éthylène glycol. Ces conseils vous permettront de réaliser des miroirs d'excellentes qualités.

Page 122: Avancées technologiques des miroirs liquides

Annexe A. Procédés expérimentaux 111

A.3 Test de réflectivité

Comme il a été mentionné au début de l'annexe, les étapes du test de réflectivité seront présentées dans cette section.

1. Démarrer le spectrophotomètre et le programme le contrôlant.

2. Une fois que l'allumage du spectrophotomètre est terminé, ouvrir la cache où doit être mis l'échantillon (couvercles verts).

3. Enlever le support à échantillon qui est situé vers l'extérieur de la machine. Pour ce faire, dévisser les vis situées au fond, de chaque côté du support.

4. Placer le montage pour les tests de réflectivité se trouvant dans le dernier tiroir sous le spectrophotomètre. Pour ce faire, visser les vis de serrage de chaque côté du porte-échantillon au bas du montage (figure A. 2).

5. Placer un récipient contenant du mercure sur le porte-échantillon.

6. Insérer la tige de cuivre se trouvant au même endroit que le montage dans le support (figure A.2). Elle est munie d'un bloqueur qui l'empêche de passer au travers du support.

7. Ajuster la hauteur du récipient avec la vis située derrière le montage (figure A.2) pour que la surface du mercure touche légèrement à la pointe de la tige.

8. Stabiliser le porte échantillon en serrant les vis d'appuis se trouvant dans les coins de celui-ci sur la base du montage (figure A.2). Une fois terminé, retirer la tige.

9. Préparer le programme pour la prise de mesure pour des longueurs d'onde allant de 200 à 2200 nm en mode transmission (%T) avec baseline. Toutes les autres étapes de préparation du programme sont inscrites sur une feuille apposée au mur où est situé le spectophotomètre.

10. Appuyer sur le bouton de lecture situé sur le bord de la cache de l'échantillon (figure A.2). De cette façon, il sera possible de voir le pourcentage de lumière réfléchie pour cette longueur d'onde à l'écran de l'ordinateur.

11. Optimiser cette valeur à l'aide des vis d'ajustements des miroirs du montage (figure A.2).

12. Une fois optimisé, fermer la cache en replaçant les couvercles verts et prendre la mesure du mercure en cliquant sur l'onglet baseline.

13. Ouvrir la cache et retirer le mercure.

14. Placer l'échantillon de MELLF qui aura été versé préalablement dans un contenant de plastique.

15. Répéter les étapes de 6 à 8.

Page 123: Avancées technologiques des miroirs liquides

Annexe A. Procédés expérimentaux 112

16. Refermer la cache et démarrer la prise de mesure en cliquant sur l'onglet scan.

17. Une fois tous les tests terminés, replacer le système comme il était lors de votre

arrivée.

Boulon du lecture

l 'uiti! iWmnlillini

Fie;. A.2: Photographie du montage de réflectivité situé dans la cache.

Il faut noter que la «baseline» reste toujours en mémoire. Il n'est donc pas nécessaire de la reprendre pour chaque échantillon de MELLF, il suffit de changer l'échantillon. Toutefois, la fermeture du programme entraîne la perte de la «baseline». C'est pourquoi il est essentiel de faire une sauvegarde de celle-ci au cas où le programme se fermerait suite à une erreur lors des tests. Si le montage; de réflectivité a été déplacé, il est préférable de reprendre une «baseline».

Page 124: Avancées technologiques des miroirs liquides

Annexe B

Production des MELLFs

La production du MELLF a grandement été améliorée par rapport à ce qu'elle était il y a quelques années. Il est toutefois possible de rendre cette production beaucoup plus rapide et efficace. Cette annexe traite donc des étapes à réaliser pour produire le MELLF. Par la suite, les améliorations pouvant être effectuées pour perfectionner la production de celui-ci seront élaborées. Des idées pour la fabrication de la nouvelle génération de la machine à MELLF seront finalement présentées.

B.l Étapes de production du MELLF

La production du MELLF débute par la synthèse du colloïde. Celle-ci nécessite une durée de 24 heures, car il faut laisser le colloïde refroidir à la température de la pièce. Toutefois, la présence d'une personne n'est pas requise pour toute la durée. Une heure de préparation et de démarrage de la machine à colloïde et une demi-heure pour la pesée et l'ajout des produits sont obligatoires pour le manipulateur. Pour préparer la totalité du colloïde, la personne aura besoin de 6 heures, car il faut 4 synthèses de colloïde (80 litres) pour réaliser un miroir d'un mètre de diamètre.

La synthèse du complexe de cuivre est une étape plutôt longue qui demande un mini­mum de 48 heures. Néanmoins, seulement une heure est demandée pour la préparation de la solution, le reste étant consacré à l'agitation. Il est évident qu'à la suite de cette synthèse, le complexe est mis en solution avec du dichloroétliane. La méthode pour réaliser celle-ci se retrouve à l'annexe A.2.1. La préparation et la mise en solution ne nécessite qu'une heure pour créer environ 2,3 litres de solvant organique servant à la

Page 125: Avancées technologiques des miroirs liquides

Annexe D. Production des MELLFs I I I

réalisation du MELLF. Il est possible de réaliser simultanément les deux synthèses du complexe de cuivre pour l'obtention d'un MELLF de bonne qualité pour la fabrication d'un miroir d'un mètre de diamètre. Le temps alloué aux préparatifs n'est allongé que de quelques minutes seulement, mais la mise en solution du complexe requiert deux fois plus de temps.

La production du MELLF est maintenant réalisée à l'aide d'une machine automa­tisée. Celle-ci permet une diminution considérable du temps de production. Comme cité auparavant, seulement 30 heures sont nécessaires pour préparer le MELLF exigé pour la réalisation d'un miroir d'un mètre de diamètre, contrairement à un mois de travail lorsqu'il est fait à la main. Cette période comprend l'utilisation de la machine, mais également la préparation du MELLF pour la réalisation du miroir. Encore une fois, la personne n'a pas besoin d'être présente en tout temps. Une vidange de la machine demande la présence du manipulateur à toutes les 50 minutes pour une période de 10 minutes. La préparation du MELLF nécessite donc environ 8 heures au manipulateur.

Puisque les étapes de la fabrication du MELLF ne demande pas une présence per­manente de la personne, il est donc possible d'en réaliser plusieurs en même temps. L'horaire qui suit présente un ordre d'exécution de toutes les étapes pour la réalisation d'un miroir au MELLF d'un mètre de diamètre en moins de temps possible. La présence humaine nécessaire aux manipulations est notée entre paranthèses.

Vendredi : Synthèse du complexe de cuivre (2 fois) et synthèse du colloïde. (3,5 heures)

Lundi : Préparation du solvant organique, synthèse du colloïde et début de la pro­duction du MELLF. (5 heures)

Mardi et mercredi : Synthèse du colloïde et suite de la production du MELLF. (3,5 heures chaque jour)

Jeudi : Fin de la production du MELLF. (2 heures) Vendredi : Préparation du MELLF pour la réalisation du miroir et fabrication de

celui-ci. (4 heures)

Il est possible de réaliser le miroir en quelques jours, mais il faut s'assurer que le MELLF soit contenu dans une bouteille en téflon avec une phase aqueuse importante et qu'il demeure dans l'obscurité. Néanmoins, la qualité de celui-ci diminue. La longévité maximale est évaluée à près de 3 semaines. Après cela, le MELLF donnera un film d'argent qui sera terne. Lorsqu'il est préparé dans le but de réaliser un miroir (concentré pour avoir une phase aqueuse dans le MELLF presque nulle), celui-ci ne peut être conservé que 3 jours.

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Annexe B. Production des MELLFs 115

B.2 Amélioration de la productivité

La section précédente illustrait toutes les étapes et le temps nécessaire pour la réalisation d'un miroir d'un mètre de diamètre. C'est la première fois que ces instal­lations sont utilisées pour produire d'importantes quantités de MELLF. Il est donc normal que des améliorations pourraient être apportées à ce système. Cette section dévoile donc les changements qui seraient possibles de réaliser dans le but de diminuer le temps de travail de l'expérimentateur.

Premièrement, la synthèse du colloïde demande quelques heures de repos pour que celui-ci soit à la température de la pièce. Il est évident que cette attente ralentit la production. Par conséquent, une autre machine à colloïde pourrait être mise en fonc­tion, réduisant ainsi le temps de production de moitié. La fabrication de cette machine demanderait peu d'argent et de temps. Un système pour produire le colloïde est déjà installé sur la machine à MELLF. Il suffirait donc d'assembler celui-ci à un autre en­droit. Le seul achat nécessaire est une cuve en acier inoxydable pour remplacer celle existante sur la machine à MELLF. Il ne serait pas pratique d'utiliser le système sur la machine à colloïde, car il est difficile de nettoyer la cuve à cet endroit. Ceci empêcherait aussi d'utiliser la machine pour produire du MELLF pendant la synthèse.

Deuxièmement, il faudrait éviter d'avoir à se déplacer toutes les 50 minutes pour aller vider la bouteille de MELLF dans la machine. Celle-ci n'a qu'une capacité de 2 litres et il faut la vider 5 fois pour utiliser tout le colloïde contenu dans la cuve. Il faudrait donc installer trois bouteilles de 4 litres pour recueillir tout le MELLF. Ces trois bouteilles seraient reliées entres-elles et auraient un système anti-débordement sur chacune d'elle. Celui-ci pourrait tout simplement être une bille qui se soulèverait avec le niveau de liquide dans la bouteille et empêcherait ainsi le liquide d'entrer.

Troisièmement, il faudrait que la bouteille de solvant organique soit plus grande pour qu'une quantité de solvant plus importante puisse y être contenue. Ceci est pour assurer le maintient d'une quantité suffisante de solvant pour que la totalité du colloïde puisse être mélangé convenablement. Cette bouteille permettra également d'éviter tout débordement, car de la phase aqueuse et du MELLF s'y retrouvent parfois augmentant ainsi le niveau de liquide. Le solvant contenu dans la bouteille devra tout de même être changé lorsqu'il aura servi pour 40 litres de colloïde. Le contenant de 20 litres servant de drain n'a pas besoin d'être changé, car sa capacité est suffisante.

Ce perfectionnement de la machine à MELLF permettra à l'utilisateur de la vider une seule fois. Il sera également pensable d'utiliser plus de 20 litres de colloïde par jour.

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Annexe B. Production des MELLFs 116

Par conséquent, pour un temps similaire à celui servant à produire un miroir d'un mètre avec le système existant, un miroir de plus grande dimension pourrait être fabriqué.

B.3 Nouvelle génération de la machine à MELLF

Les modifications présentées à la section précédente permettent de diminuer le temps de fabrication du MELLF sans apporter de changements majeurs à la machine. Dans cette section, il sera question des éléments qui pourraient constituer la nouvelle génération de la machine à MELLF. Celle-ci vise à produire plus rapidement et à être plus conviviale. Pour cela, plusieurs changements devront être apportés. Il est clair qu'il m'est impossible de prévoir tous les éléments nécessaires à la réalisation de cette machine. Néanmoins, les idées principales seront présentées.

Premièrement, l'installation de deux cuves superposées permettrait de réaliser la synthèse du colloïde tout en produisant du MELLF. La cuve du haut réalisera le colloïde et celle du bas approvisionnera la machine. Il est évident qu'un espace devra être présent entre les cuves pour empêcher un échange de chaleur. En plus d'avoir un conduit entre ces cuves qui est contrôlé par une valve manuelle, il faudrait qu'il y en ait une per­mettant de vider la cuve lors du nettoyage. Il faudra également être capable de verser le colloïde directement dans la cuve approvisionnant la machine à MELLF, car du colloïde continuera d'être produit par la machine à colloïde. Ce système de cuve évitera au manipulateur de lever les contenants de 20 litres de colloïde et empêchera l'ajout de contaminants lors du transfert de contenant. Puisque la cuve du haut doit être nettoyée, il faut qu'elle soit à la portée de l'utilisateur. Une pompe devra donc être prévue pour transférer le colloïde à la machine, car la gravité ne pourra plus être utilisée.

Deuxièmement, pour rendre la machine plus rapide, une autre ampoule à mélanger pourrait être installée. Celle-ci nécessitera un agitateur qui pourrait être alimenté par celui existant. Le moteur en place sur la machine activera les deux agitateurs en même temps grâce à un assemblage de courroies et de paliers(«berrings»). Ces deux ampoules permettront de produire le MELLF deux fois plus rapidement. Pour approvisionner ces ampoules, il faudra installer deux valves à deux voies. La figure B.l illustre l'emplace­ment ainsi que les branchements reliant les valves aux ampoules. Comme le présente cette figure, une valve déterminera le liquide (colloïde ou solvant) pénétrant dans la pompe. L'autre dirigera ce liquide dans l'une des deux ampoules. Puisqu'une autre am­poule est présente, il est évident qu'un tube devra relier celle-ci à la pompe de vidange. La machine pourrait aussi comporter les modifications inscrites à la section précédente.

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Annexe B. Production des MELLFs 117

F i e B.l: Disposition et branchement des éléments de la nouvelle machine à MELLF.

Cette machine diminuera donc le temps de production du MELLF et sera plus facile d'utilisation. Elle épargnera également du temps à l'utilisateur. Pour conclure, il est clair que les changements spécifiés ici ne sont pas les seuls qui peuvent être effectués. D'autres modifications peuvent être apportées pour améliorer celle-ci. Néanmoins, cette nouvelle génération de la machine à MELLF facilitera grandement le travail de l'utilisateur.