Granulométrie d'un liquide dispersé par explosif

Granulometry of a liquid dispersed by explosive

• Auteur / Autrice : Annise Rivière
• Direction : Yannick Le Maoult, Frédéric Heymes
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique et transferts
• Date : Soutenance le 28/02/2024
• Etablissement(s) : Ecole nationale des Mines d'Albi-Carmaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Clément Ader-Albi (2009-....) - Institut Clément Ader / ICA
• Jury : Président / Présidente : Christophe Inguimbert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yannick Le Maoult, Frédéric Heymes, Fabrice Onofri, Pascal Lemaître, Isabelle Ranc
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fabrice Onofri, Pascal Lemaître

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériel infrarouge

Mesure

Granulométrie

Thermographie

Liquides

Mots clés libres

Dispersion de liquide

Imagerie infrarouge multispectrale

Imagerie rapide

Méthode d'extinction

Granulométrie

Métrologie

Inversion numérique

Liquid dispersion

Multispectral infrared imaging

Rapid imaging

Extinction methods

Granulometry

Metrology

Numerical inversion

Résumé

Dans le cadre de ses études sur la détonique, le CEA de Gramat s'intéresse à la dispersion de liquides dans l'air, avec des contraintes de haute vitesse/énergie, et des aspects multi-échelles. La mesure de la granulométrie du liquide dispersé suscite un vif intérêt et s'avère complexe car aucune solution commerciale n'est utilisable dans ces conditions particulières. Toutefois, dans ces conditions et avec l'impossibilité d'utiliser des sources laser en environnement pyrotechnique, aucune solution commerciale n'est disponible. Pour ce travail de thèse, une nouvelle méthode d'identification de la granulométrie a donc été développée, et se base sur une mesure dite "par extinction", particulièrement simple de déploiement et robuste en environnement sévère. Il s'agit d'une approche multispectrale (mesure avec des caméras ou un spectromètre) faisant appel à une méthode d'inversion régularisée au sens de Tikhonov, s'appuyant sur la mesure de transmissions spectrales, et qui permet de reconstruire la granulométrie de ce dernier a posteriori à l'aide de la loi de Beer-Lambert combinée au modèle de Mie. De par la complexité des phénomènes liée à l'usage d'explosif pour la dispersion, la méthode développée a été testée sur des dispersions de liquide reproduites à petite échelle sur des sprays. La méthode générale a été développée en exploitant les informations spectrales provenant de sprays d'eau contrôlés et confinés dans une enceinte placée dans un spectromètre infrarouge à transformée de Fourier (haute résolution). Cependant, cet appareillage étant peu adapté aux conditions terrain, la méthode de mesure a été dégradée en utilisant des caméras permettant des mesures à "faible résolution" mais plus rapides. Ainsi, l'utilisation d'une caméra infrarouge opérant en bande spectrale 2-5 µm avec des filtres spectraux et d'un corps noir plan a été testée pour suivre l'évolution de granulométrie du spray en fonction du temps. Par la suite, cette méthode a pu être appliquée à des dispersions d'eau par explosif et a fourni des résultats prometteurs. La démarche complète de mesure et d'analyse a donc pu être validée à chaque étape de l'étude.

As part of its studies on detonation, the CEA at Gramat is interested in the dispersion of liquids in air, with high speed/energy constraints and multi-scale aspects. Measuring the particle size of the dispersed liquid is attracting a great deal of interest, but is proving complex because no commercial solution can be used under these particular conditions. However, under these conditions and given the impossibility of using laser sources in a pyrotechnic environment, no commercial solution is available. For this thesis, a new granulometry identification method was developed, based on a measurement known as "extinction", which is particularly easy to deploy and robust in harsh environments. This is a multispectral approach (measurement with cameras or a spectrometer) using a regularised inversion method in the sense of Tikhonov, based on the measure of spectral transmissions and which makes it possible to reconstruct the granulometry of the latter a posteriori using the Beer-Lambert law combined with the Mie model. Given the complexity of the phenomena involved in using explosives for dispersion, the method developed was tested on liquid dispersions reproduced on a small scale on sprays. The general method was developed by exploiting spectral information from controlled water sprays confined in an enclosure placed in a Fourier transform infrared spectrometer (high resolution). However, as this equipment is poorly suited to field conditions, the measurement method was downgraded by using cameras that allow "low resolution" but faster measurements. The use of an infrared camera operating in the 2-5 µm spectral band with spectral filters and a flat black body was therefore tested to monitor changes in spray particle size as a function of time. This method was subsequently applied to water dispersions using explosives, with promising results. The complete measurement and analysis process was therefore validated at each stage of the study.