Mesure des propriétés thermo-optiques aux températures extrêmes

par Nicolas Rambure

Thèse de doctorat en Energétique et génie des procédés

Sous la direction de Philippe Hervé.

Le président du jury était Didier Defer.

Le jury était composé de Philippe Hervé, Didier Defer, Yannick Bailly, Florin Breaban, Diogo Queiros-Condé, Jean-Luc Bodnar.

Les rapporteurs étaient Yannick Bailly, Florin Breaban.


  • Résumé

    La connaissance des propriétés d'émission des corps intéresse de nombreux domaines de l'industrie et de la recherche. Le but de ce travail est d'une part la réalisation de moyens expérimentaux étendus aux températures extrêmes (40K-2300K) pour la mesure des émissivités directionnelles spectrales et totales et, d'autre part, l'extension de ces mesures à la détermination des propriétés thermo-optiques des solides opaques dans l'infrarouge.A partir des moyens de mesure que nous avons développés, nous avons pu mesurer l'émissivité directionnelle de revêtement jusqu'à une température de 40K pour les satellites Planck et Herschell puis d'aciers inoxydable et de céramiques réfractaires pour une gamme de température de 300K à 1100K ainsi que de conducteurs et de diélectriques jusqu'à une température de 2300K.Nous avons déterminé l'indice de réfraction complexe d'alliages de Fer-Nickel à partir de l'inversion des équations de Fresnel et des mesures d'émissivités directionnelles spectrales en polarisation parallèle. L'étude de l'évolution de l'indice optique pendant un changement de phase de second ordre α’→γ, nous a permis de mettre en évidence l'existence d'une hystérésis importante sur les propriétés thermo-optiques de l'alliage Fer-Nickel ainsi que la détermination des limites du domaine métastable.D'autres études appliquées sont enfin présentées. Mesure de la réflectivité aux températures cryogéniques ; Etude des modifications métallurgiques par ellipsométrie infrarouge ; Contrôle non destructif des œuvres d'art dans l'infrarouge lointain.

  • Titre traduit

    Measure thermo-optical properties at the extreme temperatures


  • Résumé

    The emission properties of materials are required in many industrial and research developments. This works is devoted to the building-up of experimental means extended to the extreme temperatures (40K-2300K) for the measurement of spectral and total directional emissivities and the further application of these measurements in the determination of the termo-optical properties of solids in the infrared wavelength range.From the means of measurement which we developed, we could measure the directional emissivity of coating until a temperature of 40K for the Planck and Herschell satellites then stainless steel and refractory ceramics for a range of temperature of 300K to 1100K as well as conductor and dielectric until a temperature of 2300K.We determined complex refraction index of the Iron-Nickel alloys from inversion of Fresnel equations and measurements of directional spectral emissivities. We study the second-order phase transformation effects on optical index ; we have seen an important hysteresis on thermo-optical properties of the Iron-Nickel alloys.Lastly, some other studies are presented. Reflectivity measurements at the cryogenic temperatures; Study of the metallurgical modifications by infra-red ellipsometry; Far infra-red for nondestructive testing of artworks.


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