Thèse soutenue

Fluorescence induite par laser à deux photons de l'oxygène atomique et du xénon. Application à l'étude de l'oxydation des débris spatiaux lors d'une entrée atmosphérique.

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Auteur / Autrice : Morgan Lesage
Direction : Arnaud Bultel
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance le 17/11/2023
Etablissement(s) : Normandie
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
Partenaire(s) de recherche : établissement co-accrédité : Université de Rouen Normandie (1966-....)
Laboratoire : Complexe de recherche interprofessionnel en aérothermochimie (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 1967-....)
Jury : Président / Présidente : Yann Cressault
Examinateurs / Examinatrices : Yann Cressault, Catherine Rond, Nathalie Lamoureux, Julien Annaloro, Philippe Teulet
Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Rond, Nathalie Lamoureux

Résumé

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Depuis le début de la conquête spatiale, le nombre d'objets artificiels en orbite n'a cessé de croître. En conséquence, le risque de collision entre ces différents objets augmente, entraînant la destruction ou la mise hors service de satellites. Pour limiter les risques de collision en orbite, l'une des solutions adoptées est de planifier la rentrée atmosphérique de tous les satellites en fin de vie.En reproduisant les conditions d'une rentrée atmosphérique en laboratoire, grâce au plasmatron ICP du CORIA, il est possible d'analyser la cinétique d'oxydation des matériaux d'intérêt, l'Invar 36 et l'Inconel 718.Pour ce faire, il est essentiel de mesurer la densité et la température de translation de l'oxygène atomique, dans le jet libre et la couche limite de réaction, cela est possible par fluorescence induite par laser à deux photons. Les travaux numériques et expérimentaux présentés dans cette thèse ont permis de développer un modèle cinétique détaillé de la fluorescence induite par laser à deux photons pour l'oxygène et le xénon, incluant leur structure électronique détaillée ainsi que des phénomènes physiques tels que l'ASE, la photodissociation ou la désexcitation collisionnelle état par état.Des mesures complémentaires de spectroscopie d'émission ont été utilisées pour mettre en évidence l'évolution temporelle du rayonnement dans la couche limite, avec l'apparition de raies métalliques dans cette dernière. L'analyse des spectres d'émission a été facilitée et améliorée par le développement d'un modèle permettant le calcul des propriétés radiatives de plasmas quelconques.Enfin, la microscopie électronique à balayage et la diffraction des rayons X ont été utilisées pour confirmer les observations des mesures in situ et analyser la formation des oxydes.