Matériaux et systèmes composites

Caractérisation thermique

Diffusimètre thermique à haute température

L'activité du laboratoire porte sur le développement et le perfectionnement de méthodes de caractérisation thermique. Les principales grandeurs mesurées sont les suivantes :

• diffusivité thermique
• chaleur spécifique
• émissivité thermique
• conductivité thermique
• résistance de contact
• cinétique des réactions chimiques.

Le développement des matériaux composites fibreux et des céramiques réfractaires pour la réalisation de systèmes aérospatiaux a nécessité la mise au point de nouveaux instruments pour leur caractérisation thermique. Ainsi dans le domaine de la mesure de la diffusivité thermique, il a été rapidement mis en évidence qu'un seul moyen expérimental n'était pas en mesure de caractériser tous les matériaux et de répondre à tous les besoins. Il a donc fallu différencier les méthodes en les adaptant à certaines familles de matériaux. Ainsi, par exemple, le caractère fortement anisotrope et non homogène des matériaux composites a imposé le développement d'un diffusimètre thermique original assurant les mesures selon les 3 axes principaux du matériau. Un autre exemple concerne les céramiques utilisées comme barrière thermique sur les aubes de turbine, la nature de ces matériaux a nécessité le développement de plusieurs instruments adaptés à leurs propriétés optiques. Ainsi, un diffusimètre thermique fonctionnant dans l'IR lointain permet la mesure simultanée de la diffusivité thermique et de la chaleur spécifique des céramiques à haute température.

Les principaux moyens expérimentaux dont nous disposons sont les suivants :

• quatre diffusimètres thermiques adaptés à la caractérisation à haute température des matériaux opaques et semi-transparents, des matériaux isotropes ou anisotropes, des couches minces et enfin des matériaux liquides

• deux conductimètres thermiques dont un est adapté aux super-isolants

• un moyen de mesure de l'émissivité spectrale des matériaux entre 200 et 1200°C

• un appareil de thermogravimétrie à haute vitesse de chauffe

Par ailleurs, des logiciels informatiques ont été mis au point. A partir des données thermiques, thermo-physiques et thermo-optiques des matériaux, ils permettent de prévoir les évolutions de température au sein par exemple de protections thermiques ablatives ou de barrières thermiques céramiques pour aubes de turbine.

Mis à jour le 7 juillet 2005 - © ONERA 2009 - Crédits et conditions d'utilisation