Propriétés thermo-radiatives des matériaux à haute température

PROMES concentre ses efforts sur la détermination des propriétés radiatives à haute température (600-3000 K) en s’appuyant sur la mise au point de méthodes et d’appareil originaux (Figs. 1 à 4) pour des mesures ‘in situ’ et ‘on line’. La méthode de détermination de l'émissivité est une méthode optique directe : mesure de la température du matériau et de ses luminances directionnelles, totale ou spectrales. L'émissivité est alors le rapport de la luminance mesurée à la luminance du corps noir (Fig. 1) dans les mêmes conditions de température et de longueur d'onde. La détermination de la température réelle constitue le point clef de la méthode. Elle est réalisée à l’aide d’un pyro-réflectomètre bicolore développé au laboratoire.

Des moyens de simulation d'ambiances extrêmes, associant les fours solaires à des dispositifs spécifiques, comme MEDIASE (Moyen d'Essai et Diagnostic en Ambiance Spatiale Extrême, Fig. 2), permettant de maintenir le matériau d'étude à haute température, sous atmosphère contrôlée, sous vide ou pression atmosphérique et des instruments de quantification du rayonnement (radiomètre) couplés à des dispositifs multi-miroirs permettent d'explorer angulairement la luminance à la surface des matériaux.

L'émissivité, l'absorptivité et la réflectivité sont des grandeurs adimensionnelles appelées propriétés thermo-radiatives. Elles sont utilisées pour décrire le comportement radiatif d'un matériau par rapport au comportement d'un corps noir. La connaissance des propriétés radiatives est importante à divers titres, car elles permettent de :

  • prévoir et contrôler les échanges d'énergie par rayonnement,
  • prédire et évaluer la température d'un système thermique lorsque les transferts par rayonnement sont prépondérants,
  • envisager l'utilisation de la pyrométrie optique pour la détermination des températures de surface,
  • contrôler indirectement l'évolution physico-chimique des surfaces par le suivi et l'analyse de la variation de ces propriétés.

L'analyse de la réflectivité permet de caractériser la dégradation de matériaux soumis à des conditions extrêmes. En particulier, la réflectivité bidirectionnelle, obtenue à l'aide de réflectomètres à fibres optiques, développés au laboratoire (DISCO Fig. 3 et Fig. 4, BRDF) est utilisée pour le diagnostic de l'usure, de l'oxydation ou de la fissuration de la surface d'un matériau en complément des méthodes de caractérisation des matériaux (DRX, MEB, AFM... ).

Contact : Marianne Balat-Pichelin, Jean-Louis Sans