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Thèse présentée à

UFR des Sciences de Rouen

Discipline : Physique
Spécialité : Energétique

Par

Antoine DESPORTES

Soutenue le 23 novembre 2004

Développement de techniques de mesures optiques pour qualifier les installations de type plasmatron :
Application à des mesures de catalycité.
Jury

Rapporteurs :
Marianne Balat-Pichelin - Chargée de recherche au CNRS, IMP, Odeillo
Michel Dudeck - Professeur à l’université Paris VI

Examinateurs :
Douglas Fletcher - Professeur au VKI, Belgique
Dominique Conte - Chef de service rentrée atmosphérique, EADS-ST, Bdx
Achim Enzian - Dr. Ingénieur, DLA, CNES, Evry
Bruno Chéron - Professeur à l’Université de Rouen

Directeur de thèse :
Pierre Vervisch - Directeur de recherche au CNRS, Rouen

Développement de techniques de mesures optiques pour qualifier les installations de type plasmatron : Application à des mesures de catalycité.

La présente étude porte sur l’interaction gaz-paroi entre un plasma d’air et un bouclier thermique, intervenant lors de la rentrée atmosphérique d’un engin spatial.
Cette situation est reproduite sur IPWT, la soufflerie inductive haute enthalpie du CORIA. Les caractéristiques aérodynamiques ainsi que les propriétés radiatives du jet de plasma d’air ont été mesurées. Les cartographies de vitesses et de températures ont ainsi été déduites.
Le but étant de comprendre les transferts énergétiques vers la surface (phénomène appelé catalycité), la couche limite de point d’arrêt devant un échantillon de cuivre (pleinement catalytique) a été étudiée par spectroscopie Raman. Les profils de densité et de températures de N2 ont été mesurés.
Le rayonnement infrarouge de l’échantillon de SiC a été analysé. Le comportement optique est celui de sa couche protectrice : l’oxyde de silicium. Le coefficient effectif de recombinaison des matériaux d’OREX a été déduite par l’application de la méthode IPM.

Mots clés : Plasmas, Spectroscopie Raman, Couche limite, Rayonnement infrarouge, Spectroscopie infrarouge, Spectroscopie moléculaire, Interactions plasma-paroi, Spectrométrie.

Summary

Development of optical measurement techniques to qualify plasmatron facility : application to catalycity determination.

This study deals with gas surface interaction between air plasma and heat shield. This phenomena take place during atmospheric re-entry of a space shuttle.
This particular situation is reproduced in IPWT, the inductive plasma wind tunnel at CORIA. The aerodynamics characteristics and radiative properties of the air plasma flow have been measured. So, the cartographies of velocities and temperatures have been deduced.
The final aim is to have a better understanding of the energy transfer to the wall (phenomena called catalycity). Then, we have studied by Raman spectroscopy the boundary layer above a copper wall (fully catalytic) in a stagnation point configuration. Density and temperatures profiles of N2 have been carried out.
The infrared emission of a SiC sample has been analysed. Its optical behaviour is the same than the silica oxide (its protection layer).
The effective recombination coefficient of the OREX materials have been deduced thanks to the IPM method.

Key-words : Plasmas, Raman Spectroscopy, Boundary layer, Infrared radiations, Infrared spectroscopy, Molecular spectroscopy, Plasma-wall interaction, Spectrometry.

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