Comportement de l'émissivité de matériaux soumis à des conditions hostiles

Emissivity behavior of materials submitted to hostile conditions

• Auteur / Autrice : Estelle Romulus
• Direction : Jean-Laurent Gardarein
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur : spécialité Energétique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IUSTI - INSTITUT UNIVERSITAIRE DES SYSTEMES THERMIQUES INDUSTRIELS

Mots clés

Mots clés libres

Émissivité

Matériaux

Conditons hostiles

Emissivity

Materials

Hostile conditions

Résumé

L'objectif principal de cette thèse est d'acquérir une meilleure compréhension des variations de l'émissivité des matériaux soumis à des conditions extrêmes, en particulier celle du tungstène provenant de tokamaks tels que WEST. À cette fin, des mesures sur des composants soumis à des flux de chaleur élevés et à des conditions spécifiques seront caractérisées d'un point de vue structurel, chimique et thermique. Le doctorant devra se familiariser avec les dispositifs scientifiques nécessaires pour réaliser toutes ces mesures. Dans un premier temps, l'émissivité des surfaces sera mesurée au laboratoire IUSTI grâce à un banc expérimental existant, qui devra être amélioré, notamment pour accéder à l'émissivité spectrale. Ensuite, des analyses structurelles et spectroscopiques des surfaces seront réalisées au laboratoire PIIM et sur la plateforme de microscopie électronique. Pour la partie structurelle, l'AFM, la microscopie confocale, le MEB et éventuellement la microtomographie aux rayons X seront utilisés pour caractériser l'état de surface (dépôts, réseaux de fissures, microfissures, etc.). En ce qui concerne la composition de surface et la présence de couches d'oxyde, l'EDX et la spectroscopie Raman pourront être utilisés. Toutes ces analyses devront être effectuées à la fois sur des échantillons préparés en laboratoire, notamment pour étudier l'influence de l'épaisseur d'une couche d'oxyde, et sur des composants ayant subi des transformations dans le tokamak WEST. L'objectif de la thèse sera de relier les évolutions de l'émissivité mesurées in situ (et également post mortem) aux scénarios de plasma. La comparaison avec la modélisation des interactions plasma-paroi (telles que SOLEDGE-EIREN + ERO2.0) aidera à comprendre la cartographie complète de l'émissivité (transport des impuretés dans le plasma de bord) ainsi que les schémas de distribution locale (érosion locale et redéposition).

The main objective of this thesis is to gain a better understanding of the variations in emissivity of materials subjected to extreme conditions, in particular of tungsten coming from Tokamak such as WEST. To this end, measurements on components subjected to high heat flux and special conditions will be characterized from a structural, chemical and thermal point of view. The PhD student will have to become familiar with the scientific setups for carrying out all these measurements. First, the emissivity of the surfaces will be measured in the IUSTI laboratory thanks to an existing experimental bench that will have to be upgraded, in particular to access the spectral emissivity. Then, structural and spectroscopic surface analyses will be realized in the PIIM laboratory and the electron microscopy platform. For the structural part, AFM, confocal microscopy, SEM and possibly X-ray microtomography will be used for the characterization of the surface state (deposit, crack networks, microcracks ). In the case of the surface composition and the presence of oxide layers, EDX and Raman spectroscopy can be used. All these analyses will have to be performed both on samples prepared in the laboratory, in particular to study the influence of the thickness of an oxide layer, and on components that have undergone transformations in the WEST tokamak. The aim of the thesis will be to link the emissivity evolutions measured in-situ (and also post-mortem) to the plasma scenarios. Comparison with plasma wall interaction modelling (such as SOLEDGE-EIREN + ERO2.0) will help to understand the full map of emissivity (impurity transport in the edge plasma) as well as local distribution patterns (local erosion and redeposition).