Développement et caractérisation d'un nouveau capteur de pression basé sur un réfractomètre pour la gamme 100 Pa-100 kPa.

par Amazigh Rezki

Projet de thèse en Sciences pour l'ingénieur spécialité Lasers, nanosciences et métrologie

Sous la direction de Marc Himbert.

Thèses en préparation à Paris, HESAM , dans le cadre de École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur , en partenariat avec LCM - Laboratoire commun de métrologie LNE Cnam (laboratoire) et de Conservatoire national des arts et métiers (France) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2020 .


  • Résumé

    Depuis de nombreuses décennies, les références primaires de pression entre 1 Pa et plusieurs MPa sont réalisées soit à partir de manomètres à mercure soit à partir de balances à piston tournant. L'incertitude relative est en général de quelques 10^-6 à 100 kPa et de quelques 10^-4 à 1 Pa. Dans le principal objectif d'étendre la gamme de mesure et de réduire sensiblement les incertitudes des méthodes conventionnelles, de nouvelles méthodes basées à partir de mesures optiques, hyperfréquences, diélectriques ou spectroscopiques sont en cours de développement. La thèse a pour but de développer un nouveau moyen de transfert par une méthode optique pour l'étalonnage de capteurs de pression. En effet, par la mesure d'une fréquence puis par la détermination de l'indice de réfraction du gaz grâce à l'équation de Lorentz-Lorenz, on peut relier linéairement l'indice à la pression d'un gaz comme par exemple l'hélium via des calculs ab initio. L'objectif de la thèse est de développer et de caractériser un réfractomètre basé sur une cavité Fabry-Pérot à 532 nm (stabilité en pression et en température, caractérisation de la déformation de la cavité, validation expérimentale de la polarisabilité de plusieurs gaz, comparaison avec les méthodes conventionnelles...) afin que celui-ci devienne un étalon et/ou un capteur de pression dans une gamme comprise entre 100 Pa et 100 kPa avec une incertitude relative inférieure aux étalons actuels. La thèse porte sur les points suivants : -Mettre en place les expériences et les simulations nécessaires à la réalisation des objectifs du laboratoire dans le projet Quantum Pascal puis le projet Infra AUV financés par l'union européenne. -Proposer des solutions aux problèmes qui seront rencontrés lors du projet. -Conception et réalisation de montages optiques et instrumentales pour la mesure de pression via un réfractomètre. - Intégration de solutions techniques dans des systèmes embarqués. - Simulation des instruments de mesure réalisés et comparaison aux résultats obtenus. - Participer à la validation métrologique des instruments réalisés. - Participer aux activités de reporting et de communication.

  • Titre traduit

    Development and characterization of a new refractometer-based pressure sensor for the 100 Pa-100 kPa range.


  • Résumé

    For many decades, primary pressure references between 1 Pa and several MPa have been made either from mercury manometers or from rotating piston balances. The relative uncertainty is generally a few 10^-6 at 100 kPa and a few 10^-4 at 1 Pa. With the main objective of extending the measurement range and significantly reducing the uncertainties of conventional methods, new methods based on optical, microwave, dielectric or spectroscopic measurements are under development. The aim of the thesis is to develop a new means of transfer by an optical method for the calibration of pressure sensors. Indeed, by measuring a frequency and then by determining the refractive index of the gas using the Lorentz-Lorenz equation, we can linearly relate the index to the pressure of a gas as helium for example via ab initio calculations. The objective of the thesis is to develop and characterize a refractometer based on a Fabry-Pérot cavity at 532 nm (pressure and temperature stability, characterization of the deformation of the cavity, experimental validation of the polarizability of several gases, comparison with conventional methods ...) so that it becomes a standard and / or a pressure sensor in a range between 100 Pa and 100 kPa with a relative uncertainty lower than the current standards. The thesis covers the following points: -Set up the experiments and simulations necessary to achieve the laboratory's objectives in the Quantum Pascal and Infra AUV projects funded by the European Union. -Propose solutions to the problems that will be encountered during the project. -Design and production of optical and instrumental assemblies for pressure measurement via a refractometer. - Integration of technical solutions in embedded systems. - Simulation of the measuring instruments produced and comparison with the obtained results. - participate in the metrological validation of the instruments produced. - Participate in reporting and communication activités.