03/12/2014 - Soutenance de thèse de Gabriel Prudhomme

Étude des nuages de particules éjectées sous choc : apports de la Vélocimétrie Hétérodyne

Avis de Soutenance

Gabriel PRUDHOMME

soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés

Étude des nuages de particules éjectées sous choc : apports de la Vélocimétrie Hétérodyne

Soutenance prévue le mercredi 03 décembre 2014 à 10 heures
Arts et Métiers ParisTech
151 Boulevard de l'Hôpital
75013 Paris
Amphi A

Composition du jury proposé

M. Lazhar HOUAS, DR CNRS, IUSTI, Université Aix-Marseille, Rapporteur
M. Rémi MICHEL, Professeur Associé à l’Université Pierre et Marie Curie, Rapporteur
M. Laurent BERTHE, DR CNRS, Lab. PIMM (Paris), Arts et Métiers ParisTech, Examinateur
M. Jean-Marc CHEVALIER, Ingénieur de Recherche, CEA, Examinateur
M. David HOLTKAMP, Dr, Ingénieur de Recherche, LANL (Nouveau Mexique),  Examinateur
M. Ivan IORDANOFF, PR, Laboratoire I2M (Bordeaux), Arts et Métiers ParisTech,  Examinateur
M. Patrice LE BOUDEC, Dr, Président Directeur Général, IDIL, Invité
M. Patrick MERCIER, Ingénieur de Recherche, CEA, Invité

Étude des nuages de particules éjectées sous choc : apports de la Vélocimétrie Hétérodyne

Résumé: Une plaque métallique soumise à un choc (étain, quelques 10 GPa) se met en mouvement et subit divers endommagements comme l'écaillage ou l'éjection d'un nuage de particules. Deux principaux mécanismes sont à l'origine de ce nuage : la micro-éjection et le passage en fusion. La Vélocimétrie Hétérodyne (VH) est un diagnostic de mesure multi-vitesses résolue en temps. Son développement a été rendu possible dans les années 2000 ; sa conception, entièrement fibrée, permet une intégration aisée aux expériences de physique des chocs. L'objet de ce doctorat est de qualifier les apports de la VH pour la caractérisation des nuages de particules hautement véloces (plusieurs km/s), notamment de ceux issus de la micro-éjection.

Il est proposé un état de l'art des générateurs de choc, des diagnostics et des études (numériques ou expérimentales), associé à la physique de la micro-éjection métallique par des micro-stries. Une étude poussée du diagnostic VH est proposée. Elle conduit à la définition d'un spectrogramme temps-vitesse en unité de puissance collectée ainsi qu'une limite de détectivité du dispositif. Grâce à des modèles basés sur la physique de la diffusion, une limite en termes de diamètre de particules observables est annoncée. Un programme de simulation de spectrogramme VH est présenté dans le cadre des études de nuage. Enfin, plusieurs campagnes expérimentales sont exposées. Elles soulignent les capacités remarquables du moyen ; les résultats sont comparés aux simulations. La distribution en diamètre de particules a pu être inférée grâce au freinage imposé par le gaz ambiant ou par d’autres gaz. Des analyses radiométriques sont également proposées.

THE CONTRIBUTIONS OF PHOTONIC DOPPLER VELOCIMETRY.

ABSTRACT: A metal plate subjected to a shock (tin, 10 GPa) undergoes a variety of damages such as spalling or the ejection of a cloud of particles. Two main mechanisms govern the formation of this cloud: the micro-jetting and the melting under shock. Photonic Doppler Velocimetry (PDV, a.k.a. LDV or het-V) is a multi-velocity time-resolved diagnostic.  Developed from 2000s, the all-fibered conception makes its integration easy into shock experiments. The purpose of the thesis is to describe the contributions of PDV systems for high-velocity (several km/s) particle-cloud characterization, including micro-jetting cloud.

This document presents a state of the art of shock generators, diagnostics and (numerical and experimental) studies involved in metallic micro-machined jetting. An extensive study of a PDV system is proposed. It leads to the definition of time-velocity spectrogram, evaluated in units of collected power, and a detectivity limit. Thanks to photon diffusion models, a threshold in the diameter of the measured particle is estimated. A PDV spectrogram simulation program is shown within the framework of particle clouds. Finally, several experimental campaigns are exposed. They emphasize the remarkable capacities of the system; results are compared to simulations. Diameter distributions are inferred using slowing down in air or in other gazes. Some radiometric analyses are also performed.