Etude de l’effet de la gravité sur l’interface liquide/solide

Introduction générale
CHAPITRE 1: Généralités et recherche bibliographique
1-1 Introduction sur les fibres
1-1-1 Développement de systèmes laser à fibres cristallines
1-1-2 Fibres cristallines comme milieu laser
1-1-3 Avantages du laser à fibre cristalline
1-2 Laser
1-2-1 Applications du laser
1-2-2 Lasers à solides
1-2-3 Inversion de population
1-2-4 Différents processus du laser
1-2-4-1 L’émission stimulée
1-2-4-2 L’émission spontanée
1-2-4-3 L’absorption
1-2-5 Lasers trois et quatre niveaux
1-2-5-1 Les lasers à trois niveaux
1-2-5-2 Les lasers à quatre niveaux
1-3 Le Saphir
1-3-1 Fibres de saphir
1-3-2 Le laser Titane Saphir
1-3-3 Diagramme du niveau du Titane
1-3-4 La croissance cristalline du saphir
1-3-5 Contact de trois phases
1-3-6 Cas où l’une des phases est solide
1-3-7 Le mouillage
1-3-7-1 Mouillage total
1-3-7-2 Mouillage partiel
1-3-8 Tube capillaire – loi de Jurin
1-4 Différents modes de transferts de la chaleur
1-4-1 Conduction
1-4-2 Convection
1-4-2-1 Convection libre
1-4-2-2 Convection forcée
1-4-3 Rayonnement
1-4-4 Types d’écoulements
1-4-4-1 Ecoulement incompressible
1-4-4-2 Ecoulement laminaire
1-4-4-3 Ecoulement stationnaire
1-5 La solidification
1-5-1 Définition
1-5-2 Propriétés des deux phases de solidification
1-5-3 La Structure cristalline
1-5-4 Température de solidification
1-5-5 Chaleur latente
1-6 Etapes de la solidification
1-6-1 La germination
1-6-1-1 Importance de germination
1-6-1-2 Types de germination
1-7 La croissance
1-7-1 Les méthodes à croissance rapide
1-7-2 La méthode de Verneuil
1-7-2-1 Avantages de cette méthode
1-7-2-2 L’appareillage et le principe de la méthode Verneuil
1-7-2-3 Désavantages de cette méthode
1-7-2-4 Découverte du premier cristal laser par la croissance Verneuil
1-7-3 Technique de Bridgman-Stockbarger
1-7-3-1 Utilisation de La méthode Bridgman-Stockbarger
1-7-4 La technique LHPG
1-7-5 La technique d’épitaxie
1-7-6 La méthode de Czochralski
1-7-6-1 Utilisation de cette méthode
1-8 Technique micro-pulling down -PD
1-8-1 Principe de la méthode de micro-pulling down -PD
1-8-2 Dispositif expérimentale de la technique µ-PD
1-8-3 -Opération de tirage du saphir par la technique de micro-pulling down
1-8-4 Type du creuset
1-8-5 Les principaux avantages de la technique µ-PD
1-8-6 Conservation de masse et de chaleur et la stabilité de la zone fondue
1-8-6-1 Conservation de la masse
1-8-6-2 Conservation de l’énergie
1-8-6-3 Types de Convection dans la zone fondue
1-8-7 Equilibre de la forme de ménisque
1-8-8 Forme de l’interface de croissance
1-9 Les travaux théoriques et expérimentaux qui ont été réalisés par la -PD
CHAPITRE 2: Dérivation du modèle théorique
2-1 La modélisation
2-2 Les équations fondamentales
2-2-1 Les hypothèses simplificatrices
2-3 Simplification des équations fondamentales
2-3-1 Equation de la continuité
2-3-2 Equation de quantité du mouvement
2-3-2-1 Approximation de Boussinesq
2-3-3 Equation de l’énergie
2-3-4 Equation de la concentration
2-4 Le modèle obtenu en coordonnées cylindrique
2-5 Normalisation des équations
2-5-1 Adimensionnalisation de l’équation de quantité du mouvement
2-5-2 Adimensionnalisation de l’équation de Poisson
2-5-3 Adimensionnalisation de l’équation de l’énergie
2-5-4 Equation de conservation de la concentration
2-6 Le modèle adimensionnel.
2-7 Approche de la fonction vorticité-ligne du courant
CHAPITRE 3: Etude numérique
3-1 Méthode de résolution des problèmes de mécanique des fluides
3-2 Les conditions aux limites
3-3 Le modèle physique
3-4 Choix de la méthode de résolution
3-4-1 Principe de la méthode des volumes finis
3-4-2 Avantages de MVF
3-4-3 Etapes de la méthode des volumes finis
3-5 Equation de transport
3-5-1 Discrétisation de l’équation de transport
3-5-2 Choix du schéma de discrétisation
3-5-3 Schéma de différentiation centré
3-5-4 Schéma de différentiation Upwind
3-5-5 Schéma de différentiation hybride
3-6 Equation de la pression
3-6-1 Résolution de l’équation de Poisson
3-6-2 Méthode de Gauss Seidel
3-7 Résolution du système d’équations algébriques
3-7-1 Méthode ADI
3-8 Les conditions aux limites
3-8-1 La forme générale des conditions aux limites
3-8-2 Discrétisation des conditions aux limites
3-9 Méthode de Gauss
3-10 L’organigramme
CHAPITRE 4: Résultats et discussions (Première partie)
4(A)-1 Le maillage
4(A)-2 Effet de vitesse du tirage
4(A)-2-1 La distribution radiale du Ti3+
4(A)-2-2 La distribution axiale du Ti3+
4(A)-3 Le champ thermique
4(A)-4 Le champ dynamique
4(A)-4-1 La vitesse axiale
4(A)-4-2 La vitesse radiale
4(A)-4-3 La distribution radiale de la vitesse axiale
4(A)-4-4 La hauteur du ménisque
4(A)-5 Effet du nombre de Marangoni
4(A)-5 -1 Pour les grandes valeurs du nombre de Marangoni
4(A)-5 -2 Pour les petites valeurs du nombre de Marangoni
4(A)-6 Etude de la forme de l’interface liquide-solide
4(A)-7 Effet des nombres adimensionnels
4(A)-7-1 Effet du nombre de Biot
4(A)-7-1-1 Pour les petites valeurs du nombre de Biot
4(A)-7-1-2 Pour les grandes valeurs du nombre de Biot
4(A)-7-2 Effet du nombre de Prandtl
4(A)-7-2-1 Pour les petites valeurs du nombre de Prandtl
4(A)-7-2-2 Pour les grandes valeurs du nombre de Prandtl
CHAPITRE 4: Résultats et discussions (Deuxième partie)
4(B)-1 Présentation du Fluent
4(B)-1-1 Gambit
4(B)-2 Les conditions aux limites
4(B)-3 Le maillage
4(B)-4 Le champ thermique
4(B)-5 Présentation du liquide et du solide dans le domaine d’étude
4(B)-6 La densité
4(B)-7 Etude de l’effet de la gravité sur l’interface liquide/solide
4(B)-8 Les lignes du courant
Conclusion générale
Références
Résumé

La technique d’épitaxie

L’épitaxie est une technique de croissance orientée, de deux cristaux, l’un par rapport à l’autre possédant un certain nombre d’éléments de symétrie communs dans leurs réseaux cristallins. On distingue l’homo- épitaxie, qui consiste à faire croître un cristal sur un cristal de nature chimique identique, et l’hétéro- épitaxie, dans laquelle les deux cristaux sont de natures chimiques différentes.
Cette technique est utilisée pour faire croître des couches minces (quelques nanomètres d’épaisseur). Pour cela, on utilise une surface parfaitement polie d’un monocristal, le substrat sur lequel seront déposés d’autres atomes est choisi de façon à avoir des paramètres de maille proches de ceux du cristal que l’on veut obtenir.
Enphase liquide L’épitaxie utilise le principe de la méthode de Czochralski. Le substrat est mis en contact avec une phase liquide sursaturée en l’élément voulu, qui se précipite et cristallise sur le substrat. Cette technique a l’avantage d’être rapide, mais elle est moins précise que les épitaxies en phase vapeur. Les éléments à déposer, contenus dans des creusets à haute température, sont évaporés et vont se déposer par transport thermique sur la surface du substrat, plus froide mais de température quand même assez élevée pour permettre le déplacement et le réarrangement des atomes. Les applications de l’épitaxie sont multiples : jonctions semi-conductrices, la micro-électronique, etc.

Le principe de la méthode de micro-pulling down ȝ-PD

La fusion de matière première se fait dans un creuset en platine ou en iridium. La fibre formée par le contact du germe avec le liquide se trouvant dans ce creuset, et passant par capillarité vers le bas à travers le canal micrométrique. L’alignement du germe est piloté par des micro-déplacements xyz. Le tirage s’exécute vers le bas avec des vitesses contrôlées.
Pour suivre la procédure de tirage on utilise une caméra CCD. Pendant le tirage il faut conserver l’équilibre du liquide (liquide-goute) qui à l’intérieur du creuset est déjà fondu par chauffage inductif ou résistif. On peut aussi contrôler la géométrie de l’interface de cristallisation et l’épaisseur de la zone fondue.
La hauteur du ménisque dépend de la position verticale du germe cristallin.

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