Contribution à la mesure de température des matériaux sous choc modéré par pyrométrie optique

par Camille Chauvin

Thèse de doctorat en Energétique, thermique, combustion

Sous la direction de Michel Boustie et de Pierre-Louis Héreil.

Soutenue en 2010

à Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aéronautique .

mots clés

• Pyrométrie
• Thermométrie
• Matériaux -- Essais dynamiques
• Choc (mécanique)

Résumé

Le cadre de ces travaux concerne la mesure de température sous choc à l'interface d'un matériau (plomb ou cuivre) et d'une fenêtre en LiF à une pression proche de 8 GPa et à une température inférieure à 550 K maintenues pendant une microseconde. Parmi les différents diagnostics de mesure de température existants, la pyrométrie optique infrarouge est la plus adaptée. La détermination précise de la température réelle de l'interface et celle du matériau étudié reste un problème entier. Il concerne à la fois l'évaluation de l'émissivité de la surface de mesure, mais aussi le rôle de l'interface entre le matériau d'étude et le matériau fenêtre transparent tenus mécaniquement par collage. Pour répondre au critère de précision, l'utilisation des dépôts émissifs à l'interface matériau/fenêtre a été la solution retenue. La complexité de cette nouvelle interface nécessite de comprendre l'origine du rayonnement thermique détecté par le pyromètre et d'analyser les transferts thermiques au sein de différentes couches minces. La confrontation de l'étude numérique et expérimentale a mis en évidence que seule la conduction thermique intervient dans les transferts de chaleur entre le matériau, le dépôt émissif, la colle et la fenêtre. Le dépôt émissif doit donc être caractérisé par une bonne conductivité thermique et déposé sur une faible épaisseur tout en garantissant des critères optiques de bonne émissivité et d’opacité. L'emploi d'un dépôt de ReSi2 en tant que dépôt émissif donne de premiers résultats prometteurs. Inversement, la peinture graphitée, utilisée dans un premier temps, est inappropriée pour cette étude : son épaisseur est trop importante et elle n'est pas opaque.

Titre traduit

Investigation of temperature measurement of material under moderate shock wave compression using infrared optical pyrometry

Résumé

This work investigates the temperature measurement under shock-wave compression at the interface between a material target (lead or copper) and a LiF window at pressure and temperature values at about 8 GPa and below 550 K during a microsecond. Among the common diagnostic to determine temperature, infrared optical pyrometry is the most effective. To obtain an accurate measurement of the true interface temperature and therefore the true material temperature, the emissivity of the surface must be evaluated and the interface between the studied material and the window must be analysed. The use of an emissive layer at the interface is the selected solution to perform accurate temperature measurement. Nevertheless, the complexity of this interface needs to identify the origin of the detected thermal radiance and to analyze heat transfer phenomena in thin layers. The comparison between experimental results and theoretical predictions bring out that only thermal conduction allows thermal energy exchanges between the material, the emissive layer, the glue and the window. So, the emissive layer must have an excellent thermal conductivity and must be very thin while guarantying opacity and emissivity close to unity. The use of an emissive ReSi2 layer gives promising results. Conversely, the emissive paint is inappropriate to play the role of an emissive layer: its thickness is too important and its opacity is not achieved.