Effet conjugué des hautes températures, du bombardement ionique et du rayonnement vuv sur des matériaux carbones destinés au bouclier thermique de la sonde solaire solar probe+

Synergistic effect of high temperature, ion bombardment and vuv radiation on carbon based material behavior considered for the thermal protection system of the solar probe+ spacecraft

• Auteur / Autrice : Julien Eck
• Direction : Marianne Balat-Pichelin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'ingénieur
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Perpignan
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie environnement (Perpignan)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Procédés, matériaux et énergie solaire (Perpignan)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résistance des matériaux

Matériaux -- Effets des hautes températures

Bombardement ionique

Résumé

L’envoi d’une sonde au plus pres du soleil est le seul moyen d’elucider 2 questions fondamentales de l’heliophysique encore en suspens : pourquoi la temperature de la couronne solaire est si elevee et comment y sont acceleres les vents solaires. L’approche de la sonde a une distance d’environ 10 rayons solaires implique des conditions environnementales extremes telles que des hautes temperatures (~1600 k), un bombardement ionique (h+ et he2+) important et un rayonnement vuv intense. Afin de proteger les instruments de mesure et de communication embarques, un systeme de protection est envisage. L’objectif de cette these est d’etudier les effets conjugues de ces differentes contraintes sur le comportement physico-chimique de materiaux carbones susceptibles de convenir au bouclier thermique de la sonde solaire solar probe+. Dans un premier temps une etude bibliographique a ete menee pour definir les differentes interactions pouvant survenir entre les materiaux et l’environnement solaire. Ensuite, une etude numerique realisee a l’aide de codes de calculs tels que trim, tridyn ou gemini, a permis d’evaluer les differents mecanismes d’erosion des materiaux soumis au bombardement ionique. Enfin, l’etude experimentale effectuee au four solaire du laboratoire promes-cnrs d’odeillo s’est interessee a l’effet conjugue des hautes temperatures et du rayonnement vuv sur les comportements physico-chimique et thermo-optique de differents materiaux carbones.

Sending a probe close to the sun is the only way to solve 2 fundamental questions of heliophysics: why the temperature of the solar corona is so high and how are accelerated the solar wind. The approach of the probe at a distance of about 10 solar radii implies extreme environmental conditions such as high temperatures (~ 1600 k), important ion bombardment (h+ and he2+) and intense vuv radiation. To protect the payload of the probe, a thermal protection system is considered. The objective of this thesis is to study the synergistic effect of these various constraints on the physico-chemical behavior of carbon based materials suitable for the heat shield of the solar probe+ spacecraft. Initially a literature review was conducted to define the different interactions occurring between materials and the solar environment. Then, a numerical study is carried out using simulation software such as trim, tridyn or gemini, to evaluate the various mechanisms of material erosion under ion bombardment. Finally, the experimental study at the promes-cnrs laboratory solar furnace at odeillo has investigated the synergistic effect of high temperatures and vuv radiation on the physico-chemical and thermo-optical behavior of various carbon based materials.