Concentrateurs luminescents pour l'étalonnage de diagnostics de pyrométrie optique : application aux plasmas créés par lasers

Luminescent concentrators for calibration of streaked optical pyrometer : application to laser-driven plasmas

• Auteur / Autrice : Maxime Nourry--Martin
• Direction : François Balembois
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 06/12/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ondes et Matière
• Partenaire(s) de recherche : référent : Institut d'Optique
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Charles Fabry / Lasers
• Jury : Président / Présidente : Sophie Kazamias
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alessandra Benuzzi-Mounaix, Sébastien Forget, Sylvain Girard, Benjamin Rémy
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alessandra Benuzzi-Mounaix, Sébastien Forget

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pyrométrie

Mesure

Photométrie

Instruments de mesure

Mots clés libres

Instrumentation

Photométrie

Contrôle

Métrologie

Pyrométrie

Metrology

Control

Instrumentation

Pyrometry

Photometry

Résumé

Ces travaux de thèse portent sur le développement d'une méthode d'étalonnage des voies de pyrométrie des installations laser de puissance. La connaissance de la température est un élément clef pour la compréhension du comportement des matériaux dans les conditions extrêmes générées par ce type d'installation. En effet, il s'agit du paramètre le plus discriminant pour les modèles d'équations d'état. Cependant, la température est encore mal connue et possède des incertitudes relatives de mesures élevées (30 %). Il est donc nécessaire d'améliorer la précision de la mesure de température. Deux axes d'améliorations possibles sont : l'étalonnage photométrique du système de mesure et la détermination de l'émissivité.La première partie porte sur le développement d'une nouvelle source d'étalonnage. Cette source est un concentrateur luminescent en Ce:YAG pompé par LEDs. Elle permet une combinaison unique de puissance et de luminance, qui ne sont pas atteintes par les sources incohérentes existantes. Cette source a permi le premier étalonnage, en condition nominale, d'un diagnostic de pyrométrie optique. Grâce à cet étalonnage, l'incertitude relative moyenne obtenu pour la mesure de température d'une cible en quartz est de 5.4 %.La seconde partie du manuscrit consiste au développement de deux méthodes de mesure de l'émissivité. En s'inspirant de la thermographie infrarouge, une première méthode de mesure via la réflectivité a été réalisé. Enfin, une seconde méthode qui consiste en la mesure directe de l'émissivité a été élaborée.

This thesis focuses on the development of a method for the calibration of streaked optical pyrometer in high energy laser facilities. The knowledge of temperature is a key element in understanding the behaviour of materials in the extreme conditions generated by this type of facilities. Indeed, it is the most discriminating parameter for equation of state models. However, temperature is still poorly understood and has high relative measurement uncertainties (30 %). It is therefore necessary to improve the accuracy of temperature measurement. Two possible areas for improvement are: photometric calibration of the measurement system and determination of the emissivity.The first part concerns the development of a new calibration source. This source is a Ce:YAG luminescent concentrator pumped by LEDs. It provides a unique combination of power and luminance not achieved by existing incoherent sources. This source was used to calibrate a streaked optical pyrometer for the first time under nominal conditions, resulting in an average relative uncertainty of 5.4 % for the temperature measurement of a quartz target.The second part of the manuscript consists of the development of two methods for measuring emissivity. Inspired by infrared thermography, a first method was developed using reflectivity. Finally, a second method was developed using direct emissivity measurement.