Fluorescence induite par rayonnement solaire concentré : application à la mesure de températures et à la détermination de coefficients de desexcitation collisionnelle de la molécule YO

Solar induced fluorescence. Application to temperature measurements and determination of quenching coefficients of the molecule YO

• Auteur / Autrice : Ludovic Cassan
• Direction : Bernard Granier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Perpignan
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie environnement (Perpignan)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hautes températures

Pyrométrie

Énergie solaire

Mots clés libres

Coefficients de quenching

Coefficients de dépopulation

Molécule YO

Résumé

La connaissance de la température de la phase gaz au voisinage du front chaud existant lors de l'utilisation de fours solaires à concentration peut s'avérer importante pour la maîtrise des procédés faisant appel à ces technologies. Pour accéder à ce paramètre nous avons utilisé un phénomène inhérent à ces installations: la fluorescence induite par absorption d'une fraction du rayonnement solaire incident servant à chauffer l'échantillon. Cette thèse présente l'étude de la fluorescence de la molécule diatomique YO générée lors de la fusion d'oxyde d'yttrium au foyer d'un four de 1,5 kW dans des atmosphères d'argon ou d'hélium. La température désirée est obtenue en comparant les spectres mesurés par spectroscopie optique des systèmes A2P1/2-X2S+, A2P3/2- X2S+, B2S+- X2S+ de la molécule YO et ceux calculés de ces mêmes bandes. On mesurera aussi ces temperatures par une méthode d'absorption dont le faisceau de référence est obtenu par prélèvement de rayonnement sur le faisceau direct de l'héliostat associé au four solaire. Le modèle de calcul des spectres est un modèle à trois températures (électronique, vibration, rotation). Les résultats obtenus se comparent favorablement à un modèle fluide (Fluent) mais montrent, à basse pression et au voisinage du front chaud, des déséquilibres importants entre ces différentes températures. On explique ces déséquilibres, dans cette situation, par l'existence d'une couche de Knudsen au voisinage de l'échantillon.

The knowledge of the gas phase temperature in the vicinity of the hot front in solar processes involving high concentration solar furnaces is an important parameter for the control of these processes. In order to measure this parameter we used a phenomenon inherent in these facilities : fluorescence induced by absorption of a fraction of the incident radiation used to heat the sample. This work concerns the fluorescence of the YO diatomic molecule issuing from an Y2O3 sample melted in argon or helium at the focus of a 1. 5 kW solar furnace. Temperatures are deduced from the comparison between measured and computed spectra of YO bands (A2P1/2-X2S+, A2P3/2-X2S+, B2S+-X2S+). These temperatures are also deduced from spectra obtained with an absorption method, the reference beam being withdrawn from the direct beam from the heliostat associated to the concentrator. The model used to calculate the band spectra is a three temperatures model (electronic, vibrational, rotational). The results are consistent with the calculation from a computational fluid dynamic software (Fluent). However the measurements show large discrepancies at low pressure and near the hot front. These discrepancies can be accounted for by a Knudsen layer in the vicinity of the hot front.