Role des proprietes semi-conductrices des materiaux sur le transfert de chaleur resultant des interactions oxygene atomique/paroi. Application aux materiaux metalliques et ceramiques

• Auteur / Autrice : PASCAL CAUQUOT
• Direction : Jacques Amouroux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Paris 6

Résumé

L'objectif de cette etude est de simuler les phenomenes de transfert de chaleur et de matiere a la paroi de materiaux utilises comme systeme de protection thermique, notamment dans le domaine spatial. L'aptitude du materiau a recombiner les atomes d'oxygene et a accommoder leur energie est appelee transfert de chaleur ou catalycite, definis a partir des deux grandeurs caracteristiques du transfert de matiere et du transfert d'energie, respectivement le coefficient de recombinaison gamma et le coefficient d'accommodation beta. Experimentalement, l'ensemble des dispositifs de mesure a ete valide par l'etablissement d'une echelle absolue de catalycite sur des materiaux metalliques. Le coefficient gamma est mesures par une methode actinometrique dans un reacteur plasma rf (13. 56 mhz) pulse tandis que le coefficient beta est mesures par une methode calorimetrique dans un reacteur plasma micro-onde (2450 mhz). Les analyses esca des materiaux apres traitement ont revele une oxydation de la surface qui presente alors des proprietes semi-conductrices de type -n ou -p. Cette observation a conduit a l'elaboration d'une correlation theorique et experimentale reliant l'energie de gap electronique du materiaux et l'energie d'activation de la reaction de recombinaison dans le cas d'oxydes metalliques semi-conducteurs. En application, une etude sur des materiaux ceramiques (carbure de silicium et carbure de bore) sur un large domaine de temperature (300-1123 k) a mis en evidence un changement de mecanisme reactionnel de recombinaison vers 900 k. A basse temperature, la recombinaison a lieu selon un mecanisme eley-rideal alors qu'a haute temperature il s'agit d'un mecanisme langmuir-hinshelwood. A ce changement de mecanisme s'ajoutent des perturbations dues aux reactions d'oxydation, d'ablation et de diffusion de l'oxygene au coeur du materiau. Une modelisation des phenomenes de recombinaison a ete realisee sur un code de calcul permettant de simuler les conditions experimentales et determiner les constantes de vitesse de chaque etape reactionnelle.