We study the mechanisms of ablation of solids under femtosecond laser
pulses using a two-dimensional molecular-dynamics model. By using a
novel method to obtain the thermodynamic relaxation path of different
sections of the target in the phase diagram, it is shown that four
mechanisms can account for ablation for fluences (energy injected per
unit surface) under the threshold for plasma formation: (i) spallation
resulting from the loss of stability of the solid target following the
passage of a tensile pressure wave; (ii) phase explosion resulting from
important homogeneous nucleation of gas bubbles inside a superheated,
metastable liquid; (iii) fragmentation of a highly strained
supercritical fluid; and (iv) complete vaporization of the surface
layers of the target. As many as three of these mechanisms can be active
at the same time, inducing ablation of material at different depths
under the surface of the sample. The occurrence of these mechanisms is
linked to the characteristics of the thermodynamic relaxation path
followed by the material after the absorption of the laser pulse.

------------------------------------------------------------------------

Nous étudions les mécanismes d'ablation des solides par des impulsions
laser femtosecondes en utilisant un modèle de dynamique moléculaire
bidimensionnel. En utilisant une nouvelle méthode d'obtention du chemin
de relaxation thermodynamique de différentes sections de la cible dans
le diagramme de phase, on montre que quatre mécanismes peuvent expliquer
l'ablation pour des fluences (énergie injectée par unité de surface)
sous le seuil de formation de plasma~: (i) spallation résultant de
l'instabilité de la cible solide après le passage d'une onde de pression
tensile; (ii) explosion de phase résultant de la nucléation de bulles de
gaz au sein d'un solide surchauffé; (iii) fragmentation d'un fluide
surcritique fortement contraint; et (iv) évaporation complète de la
couche de surface de la cible. Jusqu'à trois de ces mécanismes peuvent
être actifs en même temps, causant une ablation à des profondeurs
différentes sous la surface. L'existence d ces mécanismes est liée aux
caractéristiques du chemin de relaxation thermodynamique suivi par le
matériau après l'absorption de l'impulsion laser.