PT Métrologie et Caractérisation Thermique

Mesure et contrôle des flux dans les tokamaks

Participants : J-L. Gardarein, F. Rigollet, C. Le Niliot
Collaboration : CEA/IRFM, Eurofusion, COMPASS
Thèses : S. Amiel (Bourse CEA)
Post-Doc : J. Gaspar, J. Gerardin (Financement AMIDEX WILD WEST)

Depuis 2004, l’IUSTI collabore avec l’IRFM du CEA Cadarache sur la mesure et le contrôle des flux thermiques dans les machines de fusion. De nombreuses méthodes inverses ont été développées pour estimer les flux de chaleur à la surface des composants face au plasma. Dans le cadre du projet WILD WEST, nous avons pu développer l’instrumentation thermique en amont et les outils d’inversion associés. Par ailleurs, notre travail ne concerne par seulement le Tokamak de l’IRFM (Tore Supra et maintenant WEST) mais également de nombreuses machines internationales (ITER, JET, COMPASS, W7X). Une autre thématique concerne la thermographie IR sur des surfaces métalliques, le nouveau défi de la fusion. D’une part, un banc de caractérisation de propriétés radiatives a été monté au laboratoire, d’autre part, des outils de simulation thermique et photonique sont en cours de développement pour permettre une meilleure compréhension des images IR qui sont mesurées dans un environnement métallique.  Cette thématique est très importante dans notre opération de recherche et la liste des actions menées dans cette thématique n’est pas exhaustive.

 

J. Gaspar et al., Nuclear Materials and Energy 12 (2017) 1077–1081
Y. Corre et al., Nuclear Fusion 57 (2017) 016009 (9pp).
J. Gaspar, International Journal of Thermal Sciences 104 (2016) 292-303.
J. Gerardin et al., JOP Conf. Series 745 (2016) 032019.

 

Caractérisation et prédiction de propriétés thermiques de matériaux frittés

Participants : J-L. Gardarein, F. Rigollet
Collaboration : Polytechnique Montréal/CRCT, CEA/DSM/IRFM

Ces travaux sont menés en commun entre le CEA Cadarache, Polytechnique Montréal et le laboratoire IUSTI (Aix-Marseille Université). On étudie ici le comportement particulier de la conductivité thermique en fonction de la porosité sur des matériaux frittés. Les matériaux sont designés par le CEA, les mesures de diffusivité thermique sont réalisées à l’IUSTI et les prédictions des propriétés thermiques sont réalisées par le CRCT de polytechnique Montréal. Ces travaux ont permis de mettre en évidence un comportement critique de la conductivité vis-à-vis de la porosité. Il existe en effet une porosité, dite critique en deçà de laquelle la conductivité décroit de manière drastique. Les études évoluent vers les matériaux multiphasés avec pour objectif l’élaboration de matériaux à gradient de propriétés.

A.E. Gheribi et al., Journal of applied Physics 119, 145104 (2016).
A.E. Gheribi et al., Applied Physics Letters 107, 094102 (2015).
A.E. Gheribi et al., Applied Physics Letter Materials, 2, 076105 (2014).

 

Caractérisation de l’endommagement mécanique par voie thermique

Participants : J-L. Gardarein, F. Rigollet, C. Le Niliot
Collaboration : LMA
Thèse : A. Castillo (Bourse MRE)
Post-Doc : C. Rodiet (Financement LABEX MEC)

Ce travail porte sur la détection de l’endommagement de matériaux composites. Cette thématique a pour ambition de mettre au point des outils thermiques non destructifs permettant de détecter des endommagements localisés et diffus sur des échantillons subissant des tests de traction. En ce qui concerne les endommagements localisés, des méthodes inverses d’estimation de sources à partir de champs de températures obtenues par thermographie IR ont été développées et appliquées sur des données mesurées lors de tests de traction. En ce qui concerne l’endommagement diffus, il est bien souvent indétectable avec ce type d’approche. La mesure des diffusivités thermiques transverses avant et après les tests de traction ont permis de mettre en relation l’endommagement mécanique à la dégradation de la diffusivité thermique transverse. Cette thématique est assez nouvelle au laboratoire et doit être poursuivie avec notamment la possibilité de réaliser les tests de traction en observant l’échantillon dans un microtomographe.

A. Castillo et al., Journal of Physics: Conference Series 745 (2016) 032092.

 

Estimation de flux lors de la pervaporation à travers une membrane

Participant : J-L. Gardarein
Collaboration : M2P2
Thèse : A. Toudji (Bourse MRE)

L’objectif de ce travail est l’étude du procédé de pervaporation et plus particulièrement la compréhension des mécanismes de transfert dans une membrane en polymère qualifiée de dense. Un dispositif expérimental a été développé permettant la mesure simultanée du flux de matière et de la densité de flux de chaleur au niveau de la membrane. La configuration frontale statique de perméation du dispositif donne accès au profil de température du liquide d’alimentation. Ces données de température ont permis de calculer les densités de flux de chaleur engagées durant les expériences de pervaporation par méthode inverse. Le flux de matière est mesuré avec un capteur de pression situé dans le réservoir d’alimentation permettant de mesurer en continu le flux de matière avec une fréquence d’acquisition de 1Hz synchronisée avec la mesure des températures. Les études portent pour l’instant seulement sur des composés purs. La corrélation des deux flux (de matière et de chaleur) mesurés nous a conduit à la conclusion que la quantité de chaleur prise au fluide en amont pour pervaporer une unité de masse de liquide pur est inférieure à la quantité de chaleur nécessaire pour vaporiser ce même liquide. Elle représente 50 % de celle-ci dans le cas de l’eau et seulement 25 % dans le cas de l’éthanol.

 

S.A. Toudji et al., Chemical Engineering Research and Design, 124 (2017) 252-259.

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