Etudes spectroscopiques de plasmas de rentrées atmosphériques

ETUDES SPECTROSCOPIQUES DE PLASMAS DE RENTREES ATMOSPHERIQUES (MARS-TITAN-TERRE)
PAR TORCHE A PLASMA A COUPLAGE INDUCTIF BASSE PRESSION
Nom, prénom du proposant CNES : Pierre OMALY
Sigle du proposant : DCT/TV
Email du proposant : [email protected]
Laboratoire d’accueil envisagé : Laboratoire Arc Electrique et Plasmas Thermiques (LAEPT)
Directeur de Recherche envisagé : P. ANDRE
Profil du candidat (préciser la spécialité de Master) : Physique des plasmas
Descriptif du sujet :
Le travail proposé pour la réalisation de la thèse a pour point de départ la réalisation de
l’environnement basse pression de la torche à plasma à couplage inductif du LAEPT. Cette réalisation fait
l’objet d’un appel à idées – CNES – R&T 2010 (proposition AAI_R&T 0105).
Ainsi, ce nouvel dispositif expérimental va permettre d’étudier les propriétés radiatives des plasmas
de rentrées atmosphériques (Mars – Titan – Terre) dans des conditions de déséquilibre thermique et
chimique.
Le travail consistera donc, dans un premier temps, à établir des spectres de références, dans des
conditions de pression et d’enthalpies fixées, dans le domaine du visible. Ces résultats (cas test) s’inscrivent
dans le cadre du Programme AURORA de l’ESA et s’avèrent essentiels dans l’optique d’effectuer des
comparaisons entre dispositifs expérimentaux similaires existants non seulement au niveau européen mais
aussi au niveau mondial. Dans un second temps, l’accent devra être mis sur la modification du système
analytique pour proposer des mesures dans l’infrarouge (IR) et le VUV. Actuellement, très peu de
diagnostics VUV (gamme 100-250nm) sont réalisés en raison des difficultés techniques, des précautions
d’utilisations et surtout des problèmes d’étalonnage. Or le rayonnement VUV est susceptible d’être
prédominant lors de certaines phases de rentrées, d’où l’intérêt tout particulier de pouvoir accéder à ce type
de données expérimentales.
La seconde étape du travail sera articulée autour de la confrontation des résultats expérimentaux
avec ceux issus de la modélisation. Dans cette optique, un travail en réseau avec tous les laboratoires
concernés par le développement de codes inhérents aux propriétés radiatives des plasmas de rentrées
atmosphériques [NEQAIR (NASA), NERAT (CNES), SPARTAN (IST) ou encore ASTRE (ONERA)] sera tout
d’abord demandé. Ensuite, une étude concernant l’analyse de la cinétique chimique régissant ce type de
plasmas sera entreprise dans le but non seulement de valider les codes de calcul de composition de
plasmas en déséquilibre thermique élaborés au sein du laboratoire mais aussi de faire évoluer ces codes
vers la prise en compte d’un déséquilibre chimique.
Ce travail de thèse s’inscrit donc dans une dynamique d’étude initiée par un premier TRP ESA
(Validation of aerothermal chemistry models for re-entry applications – ESA contract 21029 – 17/09/2008) et
les différents workshops RHTG (Radiation of High Temperature Gases in atmospheric entry) co-organisés
par l’ESA et le CNES qui ont permis de mettre en évidence le manque de dispositifs expérimentaux dédiés à
l’étude des rentrées atmosphériques ainsi qu’une nécessité de comparer les résultats des différents
laboratoires mondiaux en terme de reproductibilité des mesures.