Fluorescence induite par laser à deux photons de l'oxygène atomique et du xénon. Application à l'étude de l'oxydation des débris spatiaux lors d'une entrée atmosphérique. - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2023

Two-photon laser-induced fluorescence of atomic oxygen and xenon. Application to the study of oxidation of space debris during atmospheric entry

Fluorescence induite par laser à deux photons de l'oxygène atomique et du xénon. Application à l'étude de l'oxydation des débris spatiaux lors d'une entrée atmosphérique.

Résumé

Since the beginning of the space conquest the number of artificial objects in orbit has continued to grow. As a result, the risk of collision between these different objects is increasing, leading to the destruction or decommissioning of satellites. To limit the risk of collision in orbit, one of the solutions adopted is to plan the atmospheric re-entry of all satellites at the end of their life.By reproducing the conditions of an atmospheric re-entry in the laboratory, using CORIA's ICP plasmatron, it is possible to analyse the oxidation kinetics of the materials of interest, Invar 36 and Inconel 718.To achieve this, it is essential to measure the density and translational temperature of atomic oxygen in the free jet and the reaction boundary layer. This can be done using two-photon laser-induced fluorescence. The numerical and experimental work presented in this thesis has made possible to develop a detailed kinetic model of two-photon laser-induced fluorescence for oxygen and xenon, including their detailed electronic structure as well as physical phenomena such as ASE, photodissociation or collisional state-by-state de-excitation.Complementary emission spectroscopy measurements were used to highlight the temporal evolution of radiation in the boundary layer, with the appearance of metallic lines in the latter. The analysis of emission spectra was facilitated and improved by the development of a model enabling the calculation of the radiative properties of any plasmas.Finally, scanning electron microscopy and X-ray diffraction were used to confirm the observations of the \textit{in situ} measurements and to analyse the formation of the oxides.
Depuis le début de la conquête spatiale, le nombre d'objets artificiels en orbite n'a cessé de croître. En conséquence, le risque de collision entre ces différents objets augmente, entraînant la destruction ou la mise hors service de satellites. Pour limiter les risques de collision en orbite, l'une des solutions adoptées est de planifier la rentrée atmosphérique de tous les satellites en fin de vie.En reproduisant les conditions d'une rentrée atmosphérique en laboratoire, grâce au plasmatron ICP du CORIA, il est possible d'analyser la cinétique d'oxydation des matériaux d'intérêt, l'Invar 36 et l'Inconel 718.Pour ce faire, il est essentiel de mesurer la densité et la température de translation de l'oxygène atomique, dans le jet libre et la couche limite de réaction, cela est possible par fluorescence induite par laser à deux photons. Les travaux numériques et expérimentaux présentés dans cette thèse ont permis de développer un modèle cinétique détaillé de la fluorescence induite par laser à deux photons pour l'oxygène et le xénon, incluant leur structure électronique détaillée ainsi que des phénomènes physiques tels que l'ASE, la photodissociation ou la désexcitation collisionnelle état par état.Des mesures complémentaires de spectroscopie d'émission ont été utilisées pour mettre en évidence l'évolution temporelle du rayonnement dans la couche limite, avec l'apparition de raies métalliques dans cette dernière. L'analyse des spectres d'émission a été facilitée et améliorée par le développement d'un modèle permettant le calcul des propriétés radiatives de plasmas quelconques.Enfin, la microscopie électronique à balayage et la diffraction des rayons X ont été utilisées pour confirmer les observations des mesures in situ et analyser la formation des oxydes.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04520154 , version 1 (25-03-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04520154 , version 1

Citer

Morgan Lesage. Fluorescence induite par laser à deux photons de l'oxygène atomique et du xénon. Application à l'étude de l'oxydation des débris spatiaux lors d'une entrée atmosphérique.. Physique des Hautes Energies - Expérience [hep-ex]. Normandie Université, 2023. Français. ⟨NNT : 2023NORMR107⟩. ⟨tel-04520154⟩
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