Cette étude théorique préliminaire a permis d'étudier l'applicabilité de la méthode des larges intervalles spectraux en fonction de diérents paramètres. La méthode d'intensités abso- lues est envisageable pour des températures inférieures à la température du maximum d'émis- sivité (15 kK pour l'argon et le mélange 80%Ar-20%H2 et 20 kK pour l'hélium) quel que soit
l'intervalle choisi. Au-delà de ces températures, l'application de cette méthode est délicate, et nécessite un choix pertinent de l'intervalle. Par ailleurs, les phénomènes d'absorption ont peu d'in uence sur l'applicabilité de cette technique si l'intervalle choisi est principalement composé de continuum. En n, nous avons vu qu'il était possible de déduire par simple proportionnalité les valeurs théoriques de la luminance d'un plasma d'épaisseur quelconque à partir de valeurs connues obtenues pour un même plasma d'épaisseur D. Quant à la méthode d'intensités rela- tives, elle est applicable sur l'ensemble de la gamme de température 5 kK < T < 30 kK, à condition de choisir les intervalles spectraux adaptés. Elle est par ailleurs fortement in uencée par l'absorption. La précision sur T dépend du gaz plasmagène, et est meilleure lorsque l'un des intervalles spectraux est dominé par le continuum, et l'autre par les raies.
Suite à cette étude, nous avons sélectionné les intervalles spectraux permettant d'obtenir les meilleurs résultats par les méthodes d'intensités absolues et relatives de larges intervalles spec- traux. Les tableaux 5.1 et 5.2 indiquent quels intervalles choisir pour appliquer ces méthodes, en fonction de la composition et de l'épaisseur (lorsque ce paramètre joue un rôle important) du plasma, ainsi que de la gamme de température considérée, pour des plasmas composés d'ar- gon pur, d'hélium pur et de 80%Ar − 20%H2. Les intervalles spectraux que nous proposons
d'utiliser dans ces tableaux permettent d'obtenir les meilleures précisions sur la température.
Nous avons estimé l'erreur sur la température qu'engendrerait une incertitude sur les émis- sivités mesurées et sur les valeurs théoriques calculées. La source principale d'erreur théorique provient de la prise en compte de l'absorption. L'incertitude sur les probabilités de transitions Aji (de 1% pour l'espèce H à 25% pour Ar [Ra07]) et sur les valeurs d'élargissements de raies,
INTENSITÉS ABSOLUES DE LARGES INTERVALLES SPECTRAUX
Composition Gamme de température Intervalles à choisir Erreur sur T Argon pur 5 kK < T < 15 kK N'importe quel intervalle 1, 5%
15 kK < T < 30 kK [800 ; 900] 4, 5% Hélium pur 5 kK < T < 20 kK N'importe quel intervalle 1% 80%Ar − 20%H2 5 kK < T < 15 kK N'importe quel intervalle 1, 5%
15 kK < T < 30 kK [500 ; 600] 4, 5%
Tableau 5.1 Intervalles à sélectionner pour appliquer la méthode d'intensités absolues de larges intervalles spectraux.
d'absorption in uencent moins fortement les valeurs théoriques de larges intervalles spectraux ; l'erreur sur celles-ci est donc inférieure à ces valeurs. Nous la majorons pour tenir compte dans une certaine mesure des erreurs sur les pro ls, en supposant une erreur théorique de 10%. Par ailleurs, nous supposons une erreur sur les émissivités mesurées de 10% (ce qui correspond à une erreur expérimentale plausible).
Certaines erreurs sur T que nous avons reportées dans les tableaux 5.1 et 5.2 semblent faibles en comparaison des incertitudes des méthodes habituellement utilisées. Précisons que ces résultats correspondent à un cas particulier où le plasma est homogène. Dans un cas géné- ral, il faut ramener la géométrie complexe du plasma à une symétrie simple, a n de pouvoir calculer les données de bases nécessaires à l'application de la méthode. Ceci génère une erreur supplémentaire, qui varie suivant la complexité des con gurations.
Cette étude a été réalisée pour des plasmas à la pression atmosphérique, ce qui correspond à la plupart des applications industrielles. Une étude complémentaire sur l'in uence de la pression pourrait apporter des conditions supplémentaires sur l'applicabilité de la méthode des larges intervalles spectraux, et enrichir cette étude. Notons que si la pression varie au cours du
Bilan de l'étude théorique 137
INTENSITÉS RELATIVES DE LARGES INTERVALLES SPECTRAUX
Composition Épaisseur Gamme de température Intervalles à choisir Erreur sur T 5, 7% à 7 kK L = 0 mm 5 kK < T < 30 kK [800 ; 900]/[500 ; 600] 10% à 15 kK 5, 5% à 25 kK 5 kK < T < 15 kK [800 ; 900]/[500 ; 600] 5% Argon pur L = 1 mm 15 kK < T < 25 kK [700 ; 800]/[500 ; 600] 13% 25 kK < T < 30 kK [800 ; 900]/[700 ; 800] 7, 5% 5 kK < T < 15 kK [800 ; 900]/[500 ; 600] 4, 5% L = 10 mm 15 kK < T < 20 kK [700 ; 800]/[500 ; 600] 31% 20 kK < T < 30 kK [800 ; 900]/[700 ; 800] 10, 5% L = 0 mm 5 kK < T < 30 kK [700 ; 800]/[400 ; 500] 9, 5% à 7 kK 27, 5%à 25 kK Hélium pur L = 1 mm 5 kK < T < 30 kK [700 ; 800]/[400 ; 500] 9, 5% à 7 kK 27% à 25 kK L = 10 mm 5 kK < T < 20 kK [700 ; 800]/[400 ; 500] 9, 5% à 7 kK 30% à 25 kK 5 kK < T < 10 kK [600 ; 700]/[500 ; 600] 4% L = 0 mm 10 kK < T < 15 kK [800 ; 900]/[500 ; 600] 13% 15 kK < T < 30 kK [800 ; 900]/[300 ; 400] 8% 5 kK < T < 10 kK [600 ; 700]/[500 ; 600] 2, 5% 80%Ar L = 1 mm 10 kK < T < 15 kK [800 ; 900]/[500 ; 600] 14, 5% −20%H2 15 kK < T < 30 kK [800 ; 900]/[300 ; 400] 10% 5 kK < T < 10 kK [600 ; 700]/[500 ; 600] 3, 5% L = 10 mm 10 kK < T < 15 kK [800 ; 900]/[500 ; 600] 14% 15 kK < T < 30 kK [800 ; 900]/[300 ; 400] 24% Tableau 5.2 Intervalles à sélectionner pour appliquer la méthode d'intensités relatives de larges intervalles spectraux.
le rayonnement du plasma a été enregistré pour être analysé.
Conclusion
La méthode des larges intervalles spectraux est très simple d'utilisation. Il su t en eet de mesurer l'intensité du rayonnement puis de comparer la valeur obtenue aux données théoriques ; une seule acquisition su t pour un résultat instantané. Notons qu'elle nécessite toutefois une étape de calibration, absolue ou relative (respectivement pour les méthodes d'intensités ab- solues ou relatives). Toute la di culté de la méthode des larges intervalles spectraux se situe au niveau théorique, puisqu'il faut prendre en compte l'absorption du plasma, puis détermi- ner les meilleurs intervalles pour cette méthode. Par contre, une fois ce travail eectué pour un gaz donné, l'applicabilité est simple et rapide donc très intéressante pour une utilisation industrielle. Un même dispositif expérimental permet, de plus, d'appliquer la méthode à de nombreux gaz plasmagènes et sur une large gamme de températures. La précision des résultats dépend du choix des intervalles et des caractéristiques du plasma. Il est possible d'obtenir des erreurs inférieures à 4%, ce qui correspond aux incertitudes rencontrées dans les méthodes spectroscopiques habituelles. La réalisation expérimentale est décrite dans le chapitre suivant.
Chapitre 6
ÉTUDE EXPÉRIMENTALE
AVEC CORRECTION SUR
L'AUTO-ABSORPTION
Dispositif expérimental 141
Introduction
Nous avons mis en place un dispositif expérimental qui nous permet d'appliquer la méthode de diagnostic des larges intervalles spectraux, mais aussi les techniques d'intensités absolues de raies et de largeurs à mi-hauteur de raies, a n de comparer les résultats obtenus avec ces diérentes méthodes. Dans ce chapitre, nous présentons notre montage expérimental, puis nous décrivons les diérentes mesures réalisées, avant de donner les résultats obtenus pour un plasma d'argon pur et un mélange 80%Ar-20%H2.