Essais & Simulations n°108

Mesures et méthodes de

Mesures et méthodes de mesures Sur la figure 6 nous avons comparé [7] les valeurs calculées à partir des mesures optiques à celles de la littérature obtenues par mesure de la résistance électrique. L’accord est satisfaisant. Avec la méthode pyrométrique à courte longueur d’onde, la mesure étant faite en lumière polarisée, nous obtenons une bonne précision sur la mesure de la température (environ 0,5% sur des matériaux lisses). Pour les matériaux rugueux comme les céramiques frittées, la précision est de l’ordre de 2%. Pour l’émissivité la précision s’améliore avec la longueur d’onde, soit quelques pour cent dans l’ultraviolet et de l’ordre de 0,2% dans l’infrarouge moyen. Cette étude a aussi éclairci un problème plus fondamental, l’origine du point X qui peut être décomposé en deux points X sur les deux composantes de l’indice complexe. Des applications directes industrielles portent sur les échanges thermiques de revêtements métalliques ou diélectriques des chambres de combustion, dans les freins en SiC, les protections de rentrée de véhicules spatiaux, etc. 8. Perspectives Fig. 6. Résistivité électrique du Molybdène en fonction de la température calculée à partir de mesures optiques 7. Conclusion Nous avons remplacé récemment le bombardement électronique comme moyen de chauffage de l’échantillon par un four à induction. Ceci nous a permis d’éviter la sublimation des échantillons métalliques sous le vide poussé nécessaire à ce bombardement. Nous commençons à exploiter notre système et ainsi nous pourrons atteindre des températures supérieures à 3000°C et ainsi étudier le passage solide-liquide sur des réfractaires et ce sous pression et en atmosphère réductrice. D’autre part, nous étendons le domaine de mesure en longueur d’onde vers l’ultraviolet et l’infrarouge lointain pour couvrir la gamme 0,2µm – 800µm et obtenir ainsi avec plus de précision les paramètres fondamentaux que sont la fréquence plasma et la fréquence de relaxation● Philippe Hervé, Xingkai Wang Laboratoire d’Energétique, Mécanique et Electromagnétisme (L.E.M.E), Université Paris Ouest Nanterre La Défense, 1, chemin Desvallières, 92410 Ville d’Avray, France Bibliographie [1] C. Kittel, Introduction à la physique de l’état solide. Dunod, (1996). [2] P. Hervé, Mesure de l’émissivité thermique. Techniques de l’ingénieur, vol. R 2737(2006). [3] P. Hervé, Pyromètre à ultraviolet. Brevet n°88 03 874 mars 1988. [4] Y.Zhu, J.Cedelle, P. Hervé, Simultaneous determination of surface temperature and emissivity : Application in the study of changes of phase. 22nd International Conference on surface Modification Technologies, 2008, Tollhätten, Sweden. [5] S. Mattei, P. Masclet and P. Hervé, Study of complexe refractive indices of gold and alloys at high temperature. High Temp. Vol. 16; 140 (1978) [6] C. Ronchi, JP. Hiernaut G.J. Hyland ; (1992). Emissivity X points in solid and liquid refractory transition metals. Metrologia ; 29 pp. 261. [7] P. Hervé, A.Sadou. Determination of the complex index of refractory metals et high temperatures. Application to the determination of thermooptical properties. Infrared physics.Vol. 51 n°3 Jan. 2008. E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● O C TO B R E , N OV E M B R E , D É C E M B R E 2 0 1 1 ● PAG E 3 5

Mesures et méthodes de mesures Technologie Fibres optiques infrarouges pour la détection chimique et biologique Les fibres en verres de chalcogénures présentent des propriétés optiques remarquables notamment une transmission sur une plage de longueur d’onde s’étendant jusque 10 microns dans l’infrarouge, selon la composition. Ce domaine spectral est particulièrement riche en bandes d’absorption spécifiques à de nombreuses espèces organiques. Ces fibres sont donc intéressantes pour les applications de détection d’espèces chimiques et biologiques. Nous proposons ici une présentation des derniers développements technologiques et de quelques démonstrations réalisées dans les secteurs de la santé, de l’agroalimentaire et de l’environnement, et enfin des perspectives d’applications concrètes. Technique de détection : Elle repose sur la spectroscopie infrarouge par onde évanescente appelée FEWS (Cf. Figure 1), qui permet une analyse en direct et de façon déportée de l’échantillon. Elle implique qu’une portion de fibre nue et amincie soit en contact avec le milieu à analyser, ce qui la rend difficilement compatible avec la robustesse requise par la plupart des mesures à réaliser en conditions réelles. Les fibres microstructurées récemment développées présentent l’avantage d’une forte interaction entre le fluide (gaz ou liquide) à analyser et le mode optique transitant dans le cœur de la fibre, sans fortement dégrader les propriétés mécaniques de celle-ci. Elles offrent de plus la possibilité d’une grande longueur d’interaction, ce qui permet d’augmenter la sensibilité de la détection. Figure 1 : Schéma de la méthode de mesure spectroscopique à onde évanescente (FEWS). (a) zoom sur la partie amincie de la fibre et représentation du chemin optique. Le verre de base est réalisé par les techniques verrières classiques avec un large éventail de compositions à partir des éléments As, Ge, Se, S, Te, Ga. Le choix de la composition est fonction de différents critères tels que la zone spectrale concernée, la tenue mécanique, ou encore la résistance aux milieux à analyser. Comparativement aux fibres à saut d’indice traditionnelles, la réalisation des préformes de fibres microstructurées nécessite la mise en œuvre d’étapes complémentaires d’étirage et d’assemblage de tubes et de barreaux, suivant la technique de « stack and draw » (Cf. Figure 2). Le design de la fibre est choisi de façon à maximiser le recouvrement du mode optique transitant majoritairement dans le cœur de la fibre avec le fluide présent dans les capillaires après sa migration par simple effet de capillarité ou grâce à l’application d’une dépression. Exemples d’applications Perspectives : Les fibres optiques en verres de chalcogénures ont été testées au niveau du laboratoire et en milieu naturel pour la détection de polluants dans les eaux [1], de pathogènes dans le domaine de l’agro-alimentaire [2], de gaz carbonique dans des zones de stockage [3], dans le domaine de la santé pour la détection de tumeur [4], et enfin, tout dernièrement, pour un suivi de polymérisation de résine en vue d’application industrielle [5]. Ces divers résultats applicatifs, qui seront présentés plus en détails, mettent en lumière les potentialités de la méthode. Ils permettent également de mesurer les améliorations à apporter notamment au niveau des performances de la fibre optique et de son intégration avec les composants d’extrémité pour arriver à la mise au point d’un équipement robuste et utilisable en conditions réelles. E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● O C TO B R E , N OVEMBRE, D É C E M B R E 2 0 1 1 ● PAG E 3 6