La présente invention concerne une structure de surface texturée pour des absorbeurs solaires thermiques, apte à fonctionner à des températures élevées et un procédé de fabrication d'une telle structure.

il est connu de réaliser un traitement de surface sélectif en longueurs d'ondes pour les absorbeurs solaires thermiques afin d'améliorer l'efficacité de conversion du rayonnement soîaire en chaleur.

Le principe de fonctionnement d'un absorbeur solaire thermique est simple et consiste pour l'absorbeur solaire à absorber l'énergie qui vient du soleii pour chauffer un liquide comme par exemple de l'eau ou de la vapeur d'eau, circulant en contact avec l'absorbeur.

Deux exigences principaies de qualité guident la conception et la réalisation d'un absorbeur solaire thermique : celle d'absorber efficacement l'énergie du rayonnement solaire et celle de réfléchir efficacement le rayonnement thermique infrarouge de l'absorbeur pour éviter les pertes thermique et tendre vers îa réalisation d'un corps noir.

Plusieurs types de matériaux en couches minces ont déjà fait l'objet d'études pour ce type d'application comme par exemple le chrome noir, le Ni- Al ₂ 0 _3l l'acier inoxydable, le nitrure d'aluminium (AIN), le Mo-Al ₂ 0 ₃ , et Mo-A!N. Certains de ces matériaux sont mêmes industrialisés en étant produit à grande échelle. Cependant, ces matériaux assurant cette sélectivité n'ont démontré leur potentiel que jusqu'à 60Q°C, car au-delà de cette température la stabilité même des dépôts des couches n'est pas garantie voire défectueuse.

Pour des températures élevées, c'est-à-dire des températures supérieures ou égales à 60CTC, les matériaux W, Mo, Pt, Ni, Si sont connus pour être plus stables thermiquement. Cependant ces matériaux en l'absence de texturation de leur surface ne présentent pas ou peu de sélectivité, c'est-à- dire présente une faible absorption du spectre solaire et une faible réflexion dans le domaine de l'infrarouge. Comme décrit dans l'article de J. Wang et al., intitulé « Simulation of two-dimensional Mo photonic crystal for high- temperature soîar-slective absorber », Phys. Status Solidi A 2007, Ν 8, 1988- 1992 (2010), ces matériaux réfractaires plans s'écartent par leurs spectres en réflexion de îa courbe de sélectivité idéale pour les absorbeurs thermiques solaires dont la longueur d'onde seuil A _t est proche de 2 μητι.

Afin d'augmenter la sélectivité spectrale de l'absorbeur thermique et de maintenir son efficacité de conversion à ces températures, il est connu de structurer ou texturer la surface de matériaux réfractaires pour obtenir les propriétés optiques nécessaires à un absorbeur thermique sélectif, c'est-à-dire une absorption du rayonnement électromagnétique solaire dans le visible supérieure à 95 % et une émissivité dans l'infrarouge (IR) inférieure à 5%.

Généralement les structurations de surface appliquées sont réalisées en utilisant des cristaux photoniques.

Dans ce cadre, des travaux d'investigation, limités généralement à des travaux de simulation des performances de certaines structures de surface dans le domaine des absorbeurs solaires thermiques, et se souciant peu de l'industrialisation de la fabrication de ces structures, ont considéré différents types de cristaux photoniques et ont été publiés.

Parmi les cristaux photoniques, connus pour être des micro ou nanostructures périodiques qui affectent de manière avantageuse la propagation des ondes électromagnétiques, des formes unidimensionnelles (1 D), bidimensionnelles (2D) et tridimensionnelles (3D) ont été étudiées, les dimensions représentant le nombre de directions selon lesquelles ii existe une périodicité de la constante diélectrique.

Les structures de surface étudiées sont relativement classiques et comprennent une matrice de trous circulaires ou carrés, une matrice de plots, une matrice de pyramides, une succession de rainures parallèles, des réseaux croisés de poutres.

Lorsque des procédés de fabrication sont proposés pour certaines de ces structures, ces derniers sont complexes à réaliser et incompatibles avec une production à grande échelle. Pour une production à grande échelle, il est nécessaire de pouvoir réaliser les dimensions caractéristiques obtenues de la structure de surface de l'ordre du micromètre ou inférieures sans avoir recours à l'utilisation de méthodes de photolithographie classiques mettant en uvre une exposition d'une résine photosensible ou une écriture par faisceau d'électrons.

L'article de H. Saui et al., intitulé « Numericai study on tungsten sélective radiators with various micro/nano structures », Photovoltaic Speciaiists Conférence, 2005, IEEE, 762-765 (2005) décrit un structure de surface réalisée par un réseau de trous disposés dans un matériau métallique te! que le tungstène (W), les dimensions explorées pour le rayon, l'épaisseur du film et la période des motifs étant de l'ordre du micromètre.

L'objet de l'invention est de proposer une structuration de surface avec une géométrie innovante pour obtenir une sélectivité en longueur d'ondes, adaptée aux absorbeurs solaires thermiques, et compatible avec un procédé de fabrication industrielle à bas coût, pouvant être mis en oeuvre à grande échelle sur une grande surface et compatible avec des matériaux réfractaires à des températures élevées.

A cette fin, l'invention a pour objet une structure de surface texturée pour un absorbeur solaire thermique apte à fonctionner à des températures élevées comprenant

un substrat ayant une surface plane ou courbe, constitué en un premier matériau optiquement réfléchissant, stable thermiquement, et ayant un ensemble d'éléments de surface définissant une surface d'extension de référence, et

un ensemble d'éléments texturaux ayant une même structure élémentaire et répartis ie long de la surface de référence selon un agencement bidimensionnel,

caractérisée en ce que la structure élémentaire d'un élément textural comporte une cavité, formée dans le substrat, ayant un bord de même niveau que la surface de référence et un fond, et s'évasant depuis le fond jusqu'au bord, et une couronne en excroissance par rapport à la surface de référence et positionnée immédiatement en périphérie du bord de la cavité.

Suivant des modes particuliers de réalisation, la structure de surface comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :

- deux couronnes immédiatement voisines sont séparées partout par un espace ou se touchent en un unique point, et présentent une distance s de séparation, supérieure ou égale à zéro, inférieure ou égale à 500 nm, et de préférence inférieure ou égale à 100 nm ;

- la structure élémentaire présente une symétrie cylindrique autour d'un axe de symétrie traversant le fond de la cavité et normal à la surface de référence; et

la cavité a un diamètre D, considéré au niveau de la surface de référence, et une profondeur H, définie comme la distance séparant le fond de la surface de référence, telles qu'un premier rapport de forme H/D, défini comme le rapport de la profondeur H sur le diamètre D de la cavité est strictement supérieur à un ; et,

la couronne possède une largeur de base I, définie comme la largeur la plus grande d'une section radiale de la couronne en étant égale à la différence entre un rayon externe correspondant au contour externe de la couronne et un rayon interne correspondant au contour interne de la couronne pris au niveau de la surface de référence, et possède une hauteur h, définie comme la distance séparant la surface de référence et la plus grande d'une unique ou plusieurs des crêtes de la couronne, la largeur de base I et la hauteur h étant telles qu'un deuxième facteur de forme h/1, défini comme le rapport de la hauteur sur la largeur de base de la couronne est strictement supérieur à un ; et

le diamètre transversal D, la profondeur H de la cavité, la largeur de base i, la hauteur h de la couronne sont tous inférieurs ou égaux à 10 μιτι, de préférence ou égaux à 1 Mm ; - le profil d'une section radiale de la cavité est une première courbe plane symétrique par l'axe de symétrie, l'axe de symétrie étant orienté positivement depuis le fond vers la surface de référence et ayant pour origine son point d'intersection avec fa surface de référence, et

le point d'intersection de l'axe de symétrie avec le fond est un minimum de la première courbe plane, et

ia distance séparant deux points symétriques de la première courbe plane situés à un même niveau décroissant lorsque le niveau correspondant des points symétriques décroît ;

- la première courbe plane est une portion de parabole ou une portion de l'enveloppe d'un cône bidimensionnel ;

- le profil d'une demi-section radiale de la couronne selon un demi-plan radial est une deuxième courbe plane définie par une fonction d'évolution du niveau de la couronne en fonction du rayon de celle-ci,

la fonction d'évolution du profil du niveau de la couronne étant à valeurs positives et définie sur un intervalle fermé de rayons compris entre te rayon interne de ia couronne et îe rayon externe de la couronne, et

la valeur du niveau de la couronne correspondant au rayon interne étant égale à zéro et la valeur du niveau de la couronne correspondant au rayon externe étant supérieure ou égale à zéro et inférieure à la moitié de la hauteur h ; et

ia fonction d'évolution étant d'abord croissante sur un premier sous- intervalle jusqu'à atteindre un seuil de niveau h _S euii strictement supérieur à la moitié de la hauteur h, puis

sur un deuxième sous-intervalle évoluant au-dessus du seuil de niveau hseuû jusqu'à atteindre la hauteur de la couronne et ensuite évoluant jusqu'à atteindre à nouveau le niveau de seuil h _seU ii, puis

sur un troisième sous-intervalle décroissant jusqu'à atteindre le niveau correspondant au rayon externe ; - les couronnes sont d'un seul tenant avec le substrat et constituées du même premier matériau ;

- la structure de surface texturée comprend une couche d'un deuxième matériau, déposée sur l'ensemble des cavités et des couronnes), et de zones de la surface de référence du substrat non recouvertes par les couronnes, le deuxième matériau étant composé d'une ou plusieurs couches ;

- les couronnes sont constituées d'un deuxième matériau différent du premier matériau constituant le substrat ;

- le deuxième matériau est un matériau compris dans l'ensemble formé par les métaux tels que le tungstène, le molybdène, les alliages métalliques comme l'acier, les matériaux antireflet tel que l'oxyde de silicium ;

- le premier matériau est un matériau compris dans l'ensemble des métaux réfractaires tels que le tungstène, le molybdène... , les céramiques telles que le carbure de silicium et les alliages tels que l'acier ;

- l'agencement des éléments texturaux ayant la même structure élémentaire suivant le plan de référence est réalisé sous la forme d'un pavage de réseaux élémentaires d'éléments texturaux,

les réseaux élémentaires ayant une même configuration de maille compris dans l'ensemble formé par les mailles hexagonales, les mailles carrés, les mailles triangulaires et étant caractérisé par un degré de compacité des éléments texturaux ;

L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une structure de surface texturée pour un absorbeur solaire thermique apte à fonctionner à des températures élevées comprenant une première étape consistant à fournir un substrat ayant une surface plane ou courbe, constitué en un premier matériau optiquement réfléchissant, stable thermiquement, et ayant une surface de référence, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une deuxième étape, exécutée à la suite de la première étape, consistant à

réaliser un ensemble d'éléments texturaux ayant une même structure élémentaire et répartis le long de la surface référence selon un agencement bidimensionnel, la structure élémentaire d'un élément textural comportant une cavité, formée dans le substrat, ayant un bord de même niveau que la surface de référence et un fond, et s'évasant depuis le fond jusqu'au bord, et

une couronne en excroissance par rapport à la surface de référence et positionnée immédiatement en périphérie du bord de la cavité.

Suivant des modes particuliers de réalisation, ie procédé de fabrication comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :

- la deuxième étape comprend les étapes successives consistant à : dans une troisième étape déposer sur la surface lisse du substrat formant la surface de référence un film de particules lenticulaires en assemblage compact, les particules lenticulaires étant configurées pour micro- focaliser un faisceau de rayonnement laser sur le substrat, puis,

dans une quatrième étape soumettre les particules lenticulaires à un flux laser impulsionnel configuré de sorte que lorsque l'énergie micro-focaiisée atteint un seuil d'ablation du premier matériau constituant le substrat, une cavité est formée dans le substrat à l'emplacement d'une zone de contact de la particule lenticulaire en étant accompagnée d'une remontée de matière formant couronne autour de la cavité ;.

- le procédé de fabrication définie ci-dessus comprend une étape de dépôt d'un deuxième matériau mono ou multicouches sur la surface de référence du substrat, exécutée entre les première et deuxième étapes, le deuxième matériau présentant une faible émissivité au rayonnement infrarouge, et

la deuxième étape . comprend les étapes successives consistant à :

dans une cinquième étape déposer sur la surface plane du deuxième matériau un film de particules lenticulaires en assemblage compact, les particules lenticulaires étant configurées pour micro-focaliser un faisceau de rayonnement laser sur ia couche du deuxième matériau et le substrat immédiatement en dessous, puis, dans une sixième étape soumettre les particules lenticulaires à un flux laser impulsionnel configuré de sorte que lorsque l'énergie micro-focalisée atteint un seuil d'ablation des deuxième et premier matériaux, une cavité est formée dans le deuxième matériau et dans le substrat à l'emplacement d'une zone de contact de la particule lenticulaire en étant accompagnée d'une remontée du deuxième matériau formant une couronne autour de la cavité percée dans le substrat ;

- le dépôt d'un film compact de particules lenticulaires est réalisé par une technique de dépôt compris dans l'ensemble formé par une technique de Langmuir-Blodgett, Langmuir-Schaefer et un dépôt par tournette ;

- les particules lenticulaires sont des particules en un matériau diélectrique compris dans l'ensemble formé par les oxydes, la silice, le quartz, les polymères tels que le polystyrène ou des particules en un matériau électriquement conducteur compris dans l'ensemble formé par l'or, l'argent, l'argent, l'inox.

les particules lenticulaires ont la forme d'une sphère ou d'un sphère modifiée par un processus de gravure chimique, thermique, par plasma mis en œuvre dans une étape de gravure exécutée entre les troisième et quatrième étapes, ou entre les cinquième et sixième étapes, le diamètre de la sphère étant compris entre quelques dizaines de nm et plusieurs dizaines de microns.

- le faisceau laser appliqué sur le film des particules est collimaté et délivré par des impulsions allant de la femto-seconde à la nanoseconde, de préférence allant de la femto-seconde à la picoseconde ;

- ie procédé de fabrication comprend une étape de nettoyage des particules lenticulaires résiduelles exécutée après la deuxième étape ;

- le procédé de fabrication comprend une étape de dépôt d'un deuxième matériau mono ou multicouches, exécutée après la deuxième étape ou l'étape de nettoyage. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description de plusieurs formes de réalisation qui vont suivre, données uniquement d'exemples et faites en se référant aux dessins dans lesquels :

La Figure 1 est une vue d'un premier mode de réalisation d'une structure de surface de l'invention ;

La Figure 2 est une vue d'un premier mode de réalisation d'une structure de surface de l'invention ;

La Figure 3 est une vue d'un exemple d'un réseau élémentaire d'éléments texturaux de la Figure 2 organisant l'agencement bidimensionnel d'une structure de surface selon l'invention ;

La Figure 4 est une vue comparative des performances en terrme de reflexivité entre la stucture de surface des Figures 2 et 3 et une structure classique d'un pian lisse de tungstène ;

La Figure 5 est une vue comparative des performances en terrme de réflectivité entre la stucture de surface des Figures 2 et 3 et une structure de surface texturée classique comportant des trous circulaires et dépourvue de collerette ;

La Figure 6 est une vue d'un troisième mode de réalisation d'une structure de surface de l'invention ;

La Figure 7 est une vue d'un quatrième mode de réalisation d'une structure de surface de l'invention ;

La Figure 8 est un ordinogramme d'un procédé général de fabrication d'une structure de surface des Figures 1-3 et 6-7 ;

La Figure 9 est un ordinogramme d'un premier mode de réalisation du procédé général de fabrication de la Figure 7 ;

Les Figures 10 et 11 sont des vues au microscope à balayage électronique de structures de surfaces de la Figure 1 réalisées respectivement avec un laser femtoseconde et un laser picosonde ;

La Figure 12 est un ordinogramme d'un deuxième mode de réalisation du procédé général de fabrication de la Figure 7 ; La Figure 13 est une vue des zones d'abiation-vaporisation et de fusion des premier et deuxième matériaux lorsque le deuxième mode de réalisation du procédé de la Figure 12 est mis en oeuvre ;

La Figure 14 est une vue de particules lenticulaires ayant une forme sphérique modifiée ;

La Figure 15 est une vue comparative des zones d'ablation- vaporisation et de fusion des premier et deuxième matériaux en fonction de !a forme modifiée des particules lenticulaires lorsque le deuxième mode de réalisation du procédé de la Figure 12 est mis en œuvre.

Suivant la Figure 1 et un premier mode de réalisation, une structure de surface texturée 2 pour un absorbeur solaire thermique, apte à fonctionner à des températures élevées, comprend un substrat 4 ayant une surface, ici plane, et un ensemble 6 d'éléments texturaux 8.

Le substrat 4 est constitué en un premier matériau optiquement réfléchissant, ici un matériau réfractaire, stable thermiquement. Le substrat 4 possède un ensemble 10 d'éléments de surface, ici plans, 12 appartenant à une même surface de référence 14, ici un plan de référence représenté en bout sur la Figure 1. En variante, d'autres surfaces lisses de référence peuvent être utilisées comme par expemle une surface cylindrique, une surface paraboloïde, une surface hyperboloïde...

Les éléments texturaux 8 possèdent une même structure élémentaire 16 et sont répartis le long du plan de référence 14 selon un agencement périodique bidimensionnel.

Sur la Figure 1 , cet agencement bidimensionnel n'est pas visible en raison de la représentation d'une coupe particulière de la structure de surface 2, ici limitée à deux éléments texturaux 8 immédiatement voisins par souci de simplification.

La structure élémentaire 16 d'un élément textura! 8 comporte une cavité 20 et une couronne 22 ou collerette. La cavité 20, formée dans le substrat 4, comporte un bord 24 et un fond 26, le bord étant défini comme îe contour de la cavité 20 au niveau du plan de référence 14,

La cavité 20 s'évase depuis le fond 26 jusqu'au bord 24.

La couronne 22, en excroissance par rapport au plan de référence 14 est positionnée immédiatement en périphérie du bord de la cavité 20.

Les deux couronnes 22 de toute paire d'éléments texturaux immédiatement voisins sont séparées par un espace.

Comme représenté sur la Figure 1 , deux couronnes immédiatement voisines présentent une distance s de séparation, inférieure ou égale à 500 nm, de préférence inférieure ou égale à 100 nm, voire nulle, la distance s étant définie comme le minimum des distances séparant deux points quelconques des deux couronnes, l'un des points étant pris sur une couronne, l'autre point étant pris sur l'autre couronne, et la distance s étant atteinte sur une paire unique de points.

Ici, les couronnes sont d'un seul tenant avec le substrat et constituées du même premier matériau.

ici, sur la Figure 1 , la structure élémentaire 16 présente une symétrie cylindrique autour d'un axe de symétrie 30 qui traverse le fond 26 de la cavité 20 et qui est normal au plan de référence 10.

La cavité 20 a un diamètre D, considérée au niveau du plan de référence 14, et une profondeur H, définie comme la distance séparant le fond 26 du plan de référence 14, telles qu'un premier rapport de forme H/D, défini comme le rapport de la profondeur H sur le diamètre D de la cavité est strictement supérieur à un.

La couronne 22 a une largeur de base I qui est définie comme la largeur la plus grande de la base d'une section radiale de la couronne 22 et qui est égale à la distance radiale séparant le bord 24 de la cavité 20 et le contour externe de la couronne 22.

La couronne 22 a une hauteur h, définie comme la distance séparant le plan de référence 14 et la plus grande d'une unique ou plusieurs des crêtes de la couronne. La largeur de base I et la hauteur h sont telles qu'un deuxième facteur de forme h/1, défini comme le rapport de la hauteur sur la largeur de base de la couronne est strictement supérieur à un.

Ici, sur ia Figure 1 et de manière particulière, la couronne 22 possède une unique crête 32. En variante, la couronne possède au moins deux crêtes.

Le diamètre transversal D, la profondeur H de la cavité 20, la largeur de base I, la hauteur h de la couronne 22 sont tous inférieurs ou égaux à 10 pm, de préférence ou égaux à 1 pm.

Lorsque comme représentée sur la Figure 1 , la structure élémentaire 16 présente une symétrie cylindrique autour d'un axe de symétrie 30, un profil 36 d'une section radiale de la cavité 20 est une première courbe plane 38.

La première courbe plane 38 est symétrique par rapport à l'axe de symétrie 30, orienté positivement depuis le fond 26 de la cavité 20 vers le plan de référence 14, gradué en niveaux et ayant pour origine son intersection avec le plan de référence 14.

L'axe de symétrie 30 présente un point d'intersection 40 avec le fond de la cavité 20 qui est un minimum de la première courbe 38, et la distance séparant deux points symétriques de la première courbe, situés à un même niveau, décroit lorsque le niveau correspondant des points symétriques décroît.

La première courbe plane 38, illustrée sur la Figure 1 , est par exemple une portion de parabole.

Lorsque comme représentée sur la Figure 1 , la structure élémentaire 12 présente une symétrie cylindrique autour d'un axe de symétrie 30, un profil 48 d'une section radiale de la couronne 22 selon un demi-pian radiai est une deuxième courbe plane 50 définie par une fonction d'évolution du niveau de la couronne 22 en fonction du rayon r de celle-ci.

La fonction d'évolution du profil du niveau de la couronne est à valeurs positives et elle est définie sur un intervalle fermé de rayons compris entre le rayon interne ri de la couronne 22, égal au rayon de la cavité D/2, et le rayon externe re de la couronne 22, égal au rayon interne ri de ia couronne augmenté de sa largeur I. La valeur du niveau de la couronne 22 au rayon interne est égale à zéro et la valeur du niveau de la couronne 22 au rayon externe est supérieure ou égale à zéro et inférieure à la moitié de Sa hauteur h de la couronne.

De manière générale, la fonction d'évolution du profil de la couronne est d'abord croissante sur un premier sous-intervalle jusqu'à atteindre un seuil de niveau h _seU ii , supérieur ou égal à à la moitié de la hauteur h de la couronne. Puis, sur un deuxième sous-intervalle, elle évolue au-dessus du seuil de niveau h _se uii jusqu'à atteindre la hauteur h de îa couronne et ensuite évolue jusqu'à atteindre à nouveau le seuil. Ensuite, sur un troisième sous- intervalle la fonction d'évolution décroit jusqu'à atteindre le niveau correspondant au rayon externe.

Dans le cas particulier de la couronne illustrée sur la Figure 1, ia deuxième courbe 50 est une portion de parabole et le seuil de niveau coïncide avec le niveau de l'unique crête, c'est-à-dire ia hauteur h de la couronne 22.

Suivant ia Figure 2, une deuxième forme de réalisation d'une structure de surface 82 est analogue à la structure de surface 2 selon la première forme de réalisation et en diffère par les courbes de profil des cavités et des couronnes. Ici, la première courbe plane est une portion de l'enveloppe d'un cône bidimensionnel, et la deuxième courbe plane est une portion de l'enveloppe d'un cône bidimensionnel orienté en sens inverse. Ainsi, la structure de surface 82 comprend des éléments texturaux 88, formés chacun d'un trou ou cavité conique 100 et d'une couronne 102. La couronne 102, en excroissance par rapport à un pian de référence 94 du substrat 84, possède une forme extérieure également conique. Le plan de référence 94 est défini ici également à l'instar de la structure de surface 2 de la Figure 1 comme un plan d'extension d'un ensemble d'éléments de surface plans formant les jointures des couronnes entre elles. Sur la Figure 2 cette extension bidimensionnelle plane n'est pas visible en raison du fait que les deux couronnes représentées se touchent localement en un point et que le plan de coupe passe par ce point et les axes de symétrie cylindrique. Néanmoins cette extension bidimensionnelle existe bel et bien. Les dimensions D, I, s, H, h de ia structure de surface 82 sont respectivement égaies à 600nm, 200nm, Onm, 600nm et 300nm

En variante, la structure élémentaire ne présente pas d'axe de symétrie cylindrique.

De manière générale, l'agencement des éléments texturaux ayant ia même structure élémentaire suivant le plan de référence est réalisé sous !a forme d'un pavage de réseaux élémentaires d'éléments texturaux. Les réseaux élémentaires ont une même configuration de maille compris dans l'ensemble formé par les mailles hexagonales, les mailles carrés, les mailles triangulaires et sont caractérisés par un degré de compacité des éléments texturaux entre eux.

A titre d'exemple, suivant la Figure 3, la configuration particulière d'un réseau élémentaire 120 à maille hexagonale compacte est illustrée. Chacun des six disques 122 du réseau élémentaire 120 représente un élément textural. Ce réseau élémentaire 120 organise l'agencement suivant le plan de référence du deuxième mode de réalisation de la structure de surface illustrée à la Figure 2. Ainsi un disque 122 correspond en particulier à un élément textural 88 de la Figure 2.

Suivant la Figure 4, sont comparées les performances en termes de réflectivité optique d'une première structure de surface plane de tungstène (W) et celles d'une deuxième structure de surface de tungstène texturée selon la géométrie de la deuxième forme de réalisation décrite dans les Figures 2 et 3. Une première courbe 132 représente l'évolution de la réflectivité en fonction de la longueur d'onde pour la première structure tandis qu'une deuxième courbe 134 représente l'évolution de la réflectivité en fonction de la longueur d'onde pour ia deuxième structure. L'apport bénéfique de la texturation par !a géométrie de l'invention apparaît clairement puisque, avec une longueur d'onde seuil proche de 2 pm, la sélectivité optique présentée par la deuxième courbe 134 se rapproche nettement plus de la courbe de sélectivité idéale d'un absorbeur thermique solaire que la sélectivité optique présentée par ia première courbe 132.

Suivant ia Figure 5, sont comparées les performances en termes de réflectivité optique entre d'une part, une première structure de surface de tungstène (W) classique avec des trous coniques sans collerettes répartis 5 dans une configuration hexagonale compacte à cavités, et, d'autre part, une deuxième structure de surface de tungstène texturée selon la géométrie de la deuxième forme de réalisation de l'invention, c'est-à-dire la même structure que la première structure mais avec une collerette en périphérie de chaque trou et en excroissance par rapport au plan du substrat. Une première courbe î o 142 représente l'évolution de la réflectivité en fonction de la longueur d'onde pour la première structure tandis qu'une deuxième courbe 144 représente l'évolution de la réflectivité en fonction de !a longueur d'onde pour îa deuxième structure. L'apport bénéfique de la collerette sur la sélectivité de la réponse optique apparaît clairement puisque la sélectivité

15 optique présentée par la deuxième courbe 144 se rapproche nettement plus de la courbe de sélectivité idéale d'un absorbeur thermique solaire que ia sélectivité optique présentée par la première courbe 142.

Suivant ia Figure 6 et une troisième forme de réalisation de l'invention, dérivée de la deuxième forme de réalisation décrite dans îa Figure 2, une 0 structure de surface texturée 150 comprend la structure de surface 90 de la Figure 2 et par-dessus une couche 152 en un deuxième matériau. La couche 152 est déposée sur l'ensemble des cavités 100 et des couronnes 102 formant les éléments texturaux, et des zones 92 non creuses du plan de référence 94 du substrat 84, non recouvertes par les couronnes 102. Le 5 deuxième matériau est composé d'une ou plusieurs couches.

Suivant îa Figure 7 et une quatrième forme réalisation de l'invention, une structure de surface texturée 160 est dérivée de la structure de surface 2 de la Figure 1 en remplaçant îes couronnes 22 d'un seul tenant avec le substrat et en un même premier matériau que ce dernier par des couronnes 0 162 constituées en un deuxième matériau différent du premier matériau constituant le substrat. De manière avantageuse, une structure bi ou muiti-matériaux telle que proposée dans la quatrième forme de réalisation permet par exemple d'obtenir une couronne et un milieu entourant ia cavité constitués de matériaux différents. Ceci permet d'optimiser encore la structure de base de l'élément texturant en choisissant par exemple des propriétés optiques différentes pour le deuxième matériau supérieur de la couronne et pour le premier matériau inférieur du substrat. De préférence le premier matériau supérieur est un métai réflecteur infrarouge qui permet de limiter i'émissivité dans l'infrarouge de la structure et ainsi d'améliorer la performance de l'absorbeur. Le premier matériau inférieur du substrat est un matériau absorbant dans le domaine du visible.

Le premier matériau est un matériau compris dans ('ensemble des métaux réfractaires teis que le tungstène (W), ie molybdène (Mo), !e platine (Pt), le nickel (Ni), le silicium (Si), les céramiques telles que ie carbure de silicium et les alliages tels que l'acier.

Le deuxième matériau constituant, soit la couche mince déposée sur un substrat préalablement texturé et comportant en un seul tenant les couronnes en le même premier matériau, soit un matériau de la couronne du premier matériau peut être tout type de matériau et en particulier :

- un métal, comme par exemple le molybdène, le tungstène, ie nickel, le platine.

- un alliage comme l'acier,

- un matériau ou un ensemble de matériaux permettant d'améliorer la fonction optique, comme un antireflet tel par exemple l'oxyde de silicium,

- un matériau ou un ensemble de matériaux permettant d'améliorer la fonction de tenue au vieillissement ou de protection vis-à-vis de l'environnement, par de l'oxyde de silicium.

Suivant la Figure 8, un procédé de fabrication 202 d'une structure de surface texturée pour un absorbeur solaire thermique, apte à fonctionner à des températures élevées et telle que. décrite dans les Figures 1 à 3 et 6 à 7 est fondée sur l'interaction laser/particuies/substrat.

Le procédé 202 comprend globalement une première étape 204 suivie d'une deuxième étape 206.

Dans la première étape 204, un substrat ayant une surface plane ou régulièrement courbe comme par exemple celle d'un cylindre, un sphère, un paraboloïde ou un hyperboloïde est fourni. Le substrat est constitué en un premier matériau optiquement réfléchissant, stable thermiquement pour des températures élevées qui dépassent 1000°C, et possède une surface de référence. Le premier matériau est par exemple un matériau refractaire et/ou un métal.

Puis, dans la deuxième étape 206, un ensemble d'éléments texturaux est réalisé. Les éléments structuraux ont une même structure élémentaire et sont répartis le long de îa surface de référence selon un agencement bidimensionnel. La structure élémentaire d'un élément textural comporte une cavité, formée dans le substrat, et une couronne ou collerette. La cavité comporte un bord de même niveau que la surface lisse de référence et un fond ; elle s'évase depuis le fond jusqu'au bord. La couronne, en excroissance par rapport à la surface lisse de référence, est positionnée immédiatement en périphérie du bord de la cavité.

Suivant la Figure 9 et un premier mode de réalisation 208 particulier du procédé général 202 décrit à la Figure 8 _f la deuxième étape 206 est une étape 210 qui comprend une troisième étape 212 et une quatrième étape 214, exécutées successivement.

Dans îa troisième étape 208, un film de particules lenticulaires en assemblage compact est déposé sur la surface du substrat formant la surface io e plan de référence, les particules lenticulaires étant configurées pour micro-focaliser un faisceau de rayonnement laser sur le substrat.

Puis, dans la quatrième étape 210 les particules lenticulaires sont soumises à un flux laser impulsionnel, configuré de sorte que lorsque l'énergie du laser, micro-focalisée individuellement par chaque particule lenticulaire, atteint un seuil d'ablation du premier matériau constituant le substrat, une cavité est alors formée dans Se substrat à l'emplacement d'une zone de contact de la particule lenticulaire en étant accompagnée d'une remontée de matière qui forme une couronne autour de la cavité.

Ainsi, par le procédé 202 avec seulement quelques étapes technologiques, principalement le dépôt de particules lenticulaires (troisième étape 208) et des tirs laser (quatrième étape 210), il est possible d'obtenir à la surface d'un matériau réfractaire une structuration de type hexagonal compact avec des microstructures formées de trous entourés de couronnes telle que décrite dans les Figures 1 à 2 et 6 à 7.

Le premier matériau constituant le substrat peut être, comme il a déjà été vu, tous types de matériaux solides, comme par exemple des métaux réfractaires tels le tungstène ou le molybdène, des céramiques comme ie carbure de silicium, ou des alliages comme des aciers.

La surface du substrat doit présenter une rugosité Ra inférieure à 0,1 pm. Le substrat fourni à fa première étape a donc subi au préalable une étape de préparation de sa surface, par exemple par polissage.

Les particules lenticulaires sont des particules en un matériau diélectrique comme par exemple des oxydes, la silice, le quartz, des polymères tels que le polystyrène qui agissent comme des éléments de focalisation optique.

En variante, les particules lenticulaires sont des particules en un matériau électriquement conducteur comme par exemple l'or et l'argent qui mettent alors un processus de concentration du champ différent par effet piasmon.

Les particules lenticulaires ont la forme d'une sphère ou d'une sphère modifiée par un processus de gravure chimique, thermique, par plasma mis en œuvre dans une étape de gravure exécutée entre les troisième et quatrième étapes, le diamètre de la sphère étant compris entre quelques dizaines de nm à plusieurs diaines de microns, de préférence de 250nm à 2pm.

Les techniques de dépôt de film compact de particules permettant la mise en œuvre de la troisième étape sont nombreuses et connues, par exemple la méthode Langmuir-Biodgett, Langmuir-Schaefer et le dépôt par tournette (en anglais dénommé « spin coating »).

La méthode de Langmuir-Biodgett est décrite par exemple dans l'article de S. Acharya et al., intitulée « Soft Langmuir-Biodgett Technique for Hard Nanomateriais », Advanced Materials, 2009, 21 , 2959-298, et l'article de M. Bardosova intitulé « The Langmuir-Biodgett Aproach to Making Colloïdal Phtonic crystals from Silica Sphères », Advanced Materials, 2010, 22, 3104- 3124.

La méthode de dépôt par tournette est décrite par exemple dans l'article de T.E. Bauert, intitulé « Self -Assembling of Particles Monolayers by Spin-Coating », European Celles and Materials, Vol. 10, Suppi. 5, 2005.

La méthode Langmuir-Biodgett utilise un liquide porteur, par exemple de l'eau, dans lequef est préalablement immergé en position verticale le substrat dit « cible » sur lequel doit être reportée la monocouche de particules lenticulaires de forme sphérique. Les particules lenticulaires sont dispensées à la surface du liquide sur laquelle elles se dispersent. Une barrière mécanique est alors mise en mouvement pour réduire progressivement la surface occupée par les particules afin de les mettre en compression. Lorsque le film compact est formé, le substrat est mis en mouvement pour déposer par capillarité le film à sa surface. La barrière doit accompagner ce mouvement de tirage afin de conserver la mise en compression des particules.

L'approche, mise en œuvre dan la quatrième étape, est connue et décrite dans l'article de Z. Chen et a!., intitulé « Photonic nanojet enhancement of backscattering of light by nanoparticles : a potential novel visible-light ultramicroscopy technique », April 2004, Voi. 12, N° 7, Optics Express 1214. Elle consiste à exploiter des micro ou nano-sphères (polystyrène, silice, quartz...) comme des « lentilles » de focalisation. Ainsi, dans cette configuration, un faisceau coliimaté ou focalisé illumine le film compact de particules. L'énergie du faisceau est alors concentrée sur le substrat par chacune des sphères. Cette méthode permet ainsi à partir d'un seul faisceau d'illumination et dont la dimension excède largement celle des sphères d'obtenir sur le substrat une focalisation « multipoints » bien en dessous de ia limite de diffraction du faisceau incident et avec une périodicité submicronique.

Les sources de lumière utilisées dans cette approche peuvent être des faisceaux laser puisés, collimatés ou focalisés, pour graver ou ablater directement le substrat. Plus précisément, les lasers ïmpulsionnels utilisés sont par exemple des lasers femtosecondes qui donnent la possibilité de graver de nombreux matériaux de par le mode d'interaction laser-matière propre aux impulsions uitrabrèves. Les impulsions laser ultrabrèves

-15 recouvrent un domaine de durée d'impulsion allant de la femtoseconde (10

-12

s) à la picoseconde (10 s), il est aussi possible d'utiliser des lasers nanosecondes considérées comme des impulsions « longues ».

Suivant la Figure 10, une première structure de surface 220 avec des trous 222 et des couronnes 224 périphériques d'un seul tenant avec le substrat 226 et en un même premier matériau a été obtenue par un procédé du premier mode de réalisation dans lequel un rayonnement laser est appliqué sur une couche de particules en dioxyde de silice de 1 pm de diamètre directement déposée sur le substrat en acier.

Le laser utilisé est un laser femtoseconde Ti:Sa de Bright Raymax

Lasers™, de longueur d'onde 800nm, de puissance maximale 2,5W, cadencé à 5 kHz et de faisceau gaussien.

Suivant la Figure 11 , une deuxième structure de surface 230 avec des trous 232 et des couronnes périphériques 234 d'un seul tenant et en un même premier matériau a été obtenue également par un procédé du premier mode de réalisation dans lequel un rayonnement laser est appliqué sur une couche de particules en dioxyde de silice de 1pm de diamètre directement déposée sur le substrat 236 en acier.

Le laser utilisé est ici un laser picoseconde de longueur d'onde 1064 nm, de puissance maximale quelques Watts, cadencé à 1 kHz et de faisceau gaussien. Il est à remarquer qu'en général après la quatrième étape des tirs laser, une étape de nettoyage des particules résiduelles est mise en œuvre selon l'une des nombreuses techniques connues à ce jour. Par exemple, une méthode classique utilisée pour éliminer les particules résiduelles consiste à immerger le substrat dans un solvant tel que l'eau, l'éthanol ou l'acétone en présence d'ultrasons pendant quelques minutes.

En variante et de manière optionnelle, une couche de passivation de la structure de surface peut être déposée, comme par exemple du dioxyde de silicium, du nitrure de silicium par un procédé du type PVD, CVD, sol gel, ou impression.

Suivant les Figures 12 et 13, un deuxième mode 238 particulier de réalisation du procédé général 202 de la Figure 8 est décrit, dans lequel la deuxième étape 206 est une étape 240 qui comprend une cinquième étape 242 et une sixième étape 244, exécutées successivement et remplaçant respectivement la troisième étape 208 et la quatrième étape 210.

Le procédé 238 selon le deuxième mode de réalisation comprend une étape de dépôt 246 d'un deuxième matériau en mono ou multicouches sur le plan de référence du substrat, exécutée entre les première et deuxième étapes 204, 240, le deuxième matériau présentant une faible émissivité au rayonnement infrarouge.

Dans Sa cinquième étape 242 un film de particules lenticulaires est déposé en assemblage compact sur la surface plane du deuxième matériau. Les particules lenticulaires sont configurées pour micro-focaliser un faisceau de rayonnement laser sur la couche du deuxième matériau et le substrat situé immédiatement en dessous. Sur la Figure 13, une seule particule lenticulaire 248 est représentée.

Dans la sixième étape 244, les particules lenticulaires sont soumises à un flux laser impulsionnel, configuré de sorte que lorsque l'énergie micro- focalisée atteint un seuil d'ablation des deuxième et premier matériaux, 249, 250, une cavité est formée dans le deuxième matériau et dans le substrat à l'emplacement d'une zone de contact 252 de la particule lenticulaire en étant accompagnée d'une remontée du deuxième matériau formant une couronne autour de ia cavité percée dans le substrat. Suivant la Figure 13, la zone de contact 252 se décompose en une première zone centrale 254 de pulvérisation et de vaporisation des premier et deuxième matériaux qui y sont contenus, et une deuxième zone 256 périphérique de fusion du seul deuxième matériau.

Ainsi une structure bi ou multi-matériaux structurée est obtenue directement par le procédé d'exposition laser du tapis de nanoparticules comme le montre la Figure 13.

Ainsi, avec ce procédé une couronne et un milieu entourant la cavité sont constitués de matériaux différents. Ceci permet d'optimiser encore la structure de base en choisissant par exemple des propriétés optiques différentes pour le deuxième matériau supérieur et pour le premier matériau inférieur du substrat. De préférence le matériau supérieur sera un métal réflecteur infrarouge_qui permettra de limiter l'émissivité dans l'infrarouge de la structure et ainsi d'améliorer la performance de l'absorbeur. Le matériau inférieur formant le substrat sera un matériau absorbant dans le domaine du visible.

Dans les configurations précitées, les dimensions de l'élément de structure pourront être adaptées par l'ajustement de divers paramètres comme la nature des particules de micro-focalisation de l'énergie du faisceau laser.

Pour ajuster la dimension du trou et de la couronne, des microsphères ou microlentilles dont la forme a été modifiée, par exemple par gravure plasma, peuvent être utilisées. La Figure 14 représente un exemple de modification de la géométrie de particules sphériques de silice par l'action d'un plasma CHF ₃ /0 ₂ .

Suivant la Figure 15, l'adaptation des géométries des collerettes et cavités par la modification de la forme des microlentilles est mise en évidence. La modification de la focalisation permet d'adapter les tailles des zones d'ablation 264 et de fusion 266 et donc d'adapter la taille des cavités et collerettes, ainsi que l'espacement entre collerettes.

Les paramètres du laser tels que la longueur d'onde, le taux de répétition, la largeur des impulsions, !a polarisation, la forme spatiale et temporelle du faisceau, ia fluence permettent également de moduler la géométrie de la structure de surface.

lî est à remarquer que dans des variantes, les étapes de nettoyage, d'étalement de particules, d'exposition au faisceau laser pourront être réalisées plusieurs fois pour augmenter la profondeur des trous.

En variante, il est possible également de fixer les particules à la surface de substrat par des liaisons chimiques, ceci permettant de tirer avec plus de puissance et de creuser plus profond.