Modélisation et simulation numérique de l’ablation laser nanoseconde

Dans cet article, l’interaction du faisceau laser avec une cible et l’évaporation de matériau qui en résulte sont étudiés théoriquement et numériquement. La cible est ablée (ou décapée) par un laser de type Nd: YAG pulsé travaillant à sa longueur d’onde fondamentale de 1064 nm avec une durée d’impulsion de 80 ns.

Ce phénomène d’interaction est étudié à l’aide d’un modèle thermique et hydrodynamique. L’échauffement de la cible, la formation du plasma et son expansion sont décrits par les équations de conservation de la masse, de quantité de mouvement et de l’énergie et sont résolues à l’aide du logiciel Fluent. Une cible métallique composée de fer est placée dans un environnement ambiant et irradiée par une impulsion laser avec un temps très court de l’ordre de nanosecondes.

On constate, que l’évaporation du matériau est contrôlée par la formation de plasma et par conséquent le coefficient d’absorption montre que le panache de plasma dense peut bloquer le rayonnement laser et limiter le transfert d’énergie du faisceau laser vers le matériau.

Les calculs montrent également une forte augmentation de la pression du panache après la formation du plasma et par suite une augmentation significative de sa vitesse.

L’objectif principal de la présente étude est de proposer une analyse comparative du mécanisme d’ablation de deux matériaux Fe et oxyde de fer  Fe2O3 (hématite) et de l’impact de ce phénomène sur les propriétés du plasma pour différentes puissances laser 20-100 W.

Les résultats obtenus montrent que la forme obtenue de la vitesse frontale du panache et du plasma à partir du modèle étudié est proche de celle observée dans l’expérience accomplie dans des conditions similaires.