Mecanismes regissant le facteur d'emission de materiaux a haute temperature : application aux protections anti-oxydation des structures chaudes d'hermes

par FLORENCE SERONDE

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Patrick Echegut.

Soutenue en 1992

à Orléans .

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  • Résumé

    Lors de la rentree dans les couches denses de l'atmosphere, les structures chaudes de la navette europeenne hermes seront soumises a des temperatures elevees (environ 1800c). Pour resister a ces conditions extremes, les materiaux utilises sont a base de composites carbone/carbone ou carbone/sic qui necessitent une protection anti-oxydation (oxydes ou verres d'oxyde). Cette etude est axee essentiellement sur le role de ce revetement protecteur dans le transfert de chaleur par rayonnement. Son objectif est la comprehension generale des mecanismes microscopiques susceptibles d'influencer l'emission thermique. Les donnees bibliographiques dans ce domaine sont souvent contradictoires a temperature ambiante et pratiquement inexistantes a hautes temperatures. D'un point de vue experimental, apres avoir verifie qu'aucune methode de mesure du facteur d'emission n'est universelle, nous avons base notre approche sur deux techniques complementaires: une methode indirecte permettant de calculer le facteur d'emission en partant des constantes optiques deduites des mesures de reflexion et de transmission, et une methode directe basee sur une mesure du rayonnement emis. Cette demarche est fondee sur l'etude des proprietes optiques sur une tres large gamme spectrale (infrarouge, visible et proche ultraviolet), domaine dans lequel les excitations, telles que vibrations de reseau et transitions electroniques sont responsables de l'absorption. En partant d'un echantillon vitreux presentant de mauvaises proprietes radiatives, nous montrons que, via un dopage adapte par des elements de transition ou par l'utilisation de dispersoides, il est possible d'atteindre des performances excellentes: facteurs d'emission totaux compris entre 0,9 et 0,95. L'approche de ces valeurs integrales par une comprehension des phenomenes microscopiques de l'absorption, en particulier la connaissance de l'environnement du dopant donc du champ de ligand, permet de jouer sur differents parametres comme la concentration, le dopage multiple, l'interaction dispersoide/matrice, pour optimiser les performances radiatives. La discussion, basee sur les resultats obtenus sur un compose vitreux, est facilement transposable aux oxydes dielectriques qui presentent tous des champs de ligands faibles. La marge de manuvre sur la matrice hote est etroite, mais tout procede qui tendra a favoriser l'occupation de sites tetraedriques sera efficace pour optimiser le transfert de chaleur par rayonnement


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