Développement des techniques ultra-rapides de pyrométrie optique pour l'étude du comportement des métaux sous choc et application à la caractérisation du diagramme de phases du bismuth dans la gamme 10-20 GPa

Development of high-speed pyrometry techniques to study the behavior of shock-loaded metals and application to the characterization of bismuth phase in the 10-20 GPa pressure range

• Auteur / Autrice : David Partouche-Sebban
• Direction : Jean Taboury
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Paris 11

Mots clés

Mots clés libres

Température

Choc

Emissivité

Résumé

Dans la matière soumise à une sollicitation par choc, la mesure de la température (qui est un paramètre physique très important) doit se faire en moins d'une microseconde; la technique qui semble la mieux appropriée à l'heure actuelle est la pyrométrie optique. L'objectif de ce travail était de développer notre savoir-faire dans ce domaine, afin d'étudier le diagramme de phases du bismuth. Nous avons mis au point des montages spécifiques permettant de suivre l'émission thermique du bismuth à travers une fenêtre en fluorure de lithium pendant typiquement une microseconde, jusqu'à l'arrivée des détentes qui viennent mettre fin à l'expérience. La précision des techniques de pyrométrie est limitée par l'absence de donnée, en sollicitation dynamique, sur l'émissivité de l'échantillon étudié; nous avons montré qu'on pouvait la mesurer (dans le spectre visible) tout au long de l'expérience. On aboutit à un accord assez satisfaisant entre prévisions théoriques et résultats expérimentaux. Au passage, on obtient la température de fusion du bismuth entre 10 et 20 GPa par une technique dynamique, ce qui est assez original. Les perspectives ouvertes par cette étude sont assez nombreuses. D'une part, des développements technologiques permettraient d'améliorer la mesure d'émissivité (précision et gamme de températures accessibles). Et d'autre part, on pourrait utiliser de fenêtres en saphir et en PMMA (polyméthylméthacrylate) à la place du fluorure de lithium pour compléter l'étude par choc du diagramme de phases du bismuth.

In experiments under shock-loading, temperature (which is an important physical parameter) has to be measured in less than a microsecond. Currently, pyrometry seems to be the best way to perform this measurement. In the present work, our goal was to improve our knowledge on that diagnostic, in order to investigate the bismuth phase-diagram. We have developed specific experimental setup, to obtain bismuth thermal emission, through a lithium fluoride transparent anvil, during typically one microsecond, till the arrival of release waves at the end of the experiment. Pyrometry accuracy is mainly limited by uncertainty on emissivity of shock-loaded samples. We have shown that it can be measured, during the experiment (in the visible spectrum). Experimental results and theoretical predictions are globally in satisfying agreement. Incidentally, the bismuth fusion curve is obtained between 10 and 20 GPa by means of a dynamic compression, which is unusual. In term of prospect, further work could be done in different ways: on the one hand, technological improvements of the emissivity diagnostic could increased its accuracy and broaden the accessible temperature range and, on the other hand, one could complete the investigation of the bismuth phase diagram using sapphire and PMMA (polymethylmethacrylate) anvils.