Vient enfin l’étape de collision entre nos agrégats, de taille fixée n, de température Tthet
d’énergie cinétique définie Elab, et les molécules d’une vapeur dont la pression est contrôlée.
Cette étape a lieu dans une cellule de 50 mm de long, de 30 mm de diamètre interne et de diamètres d’entrée et de sortie de 5 mm. Elle est montrée en figures 1.26 et 1.28. La position de cette cellule peut être ajustée pour optimiser la transmission des agrégats à l’aide de deux moteurs contrôlant le déplacement vertical et le déplacement horizontal latéral. La vapeur d’eau est produite dans une fiole contenant de l’eau liquide, à température
Figure 1.26 –Illustration de la cellule de collision vue de face avec le dispositif fiole et tube qui
amène la vapeur dans la cellule et le second tube permettant la lecture de la pression.
ambiante montrée en figure 1.26. La pression de la vapeur, donc la densité dans la cellule, est contrôlée via l’ouverture d’une vanne pilotée. Un tube souple de diamètre 10 mm amène la vapeur dans la cellule, un autre tube similaire permet la mesure de pression dans la cellule.
La mesure de cette pression est importante pour les données expérimentales que nous étudions et elle est donc décrite un peu plus en détail dans la section 1.5.1 qui suit.
1.5.1 Mesure de la pression
Un paramètre critique à l’obtention des résultats de sections efficaces absolue est la connaissance la plus exacte possible des variations de pression dans cette cellule de colli- sion. Nous utilisons en complémentarité deux types de jauges : une jauge capacitive (Ley- bold Ceravac CTR 91) et une jauge à ionisation à cathode chaude de type Bayard-Alpert (Lesker 909AR).
La jauge capacitive permet une lecture de pression relative, mais pas une mesure de pression absolue, il faut ajuster le zéro. Elle présente l’intérêt d’effectuer des mesures indépendantes du type de gaz. Néanmoins ce type de jauge est très sensible aux vibrations qui sont fortement présentes dans notre expérience car générées par le cryostat, et donne donc un signal très bruité, comme montré sur la figure 1.27. La jauge ionique effectue une mesure de la pression absolue, mais cette valeur est dépendante du type de gaz et nécessite donc l’application d’un facteur de correction. Mais elle présente l’avantage de renvoyer des mesures de pressions stables vis a vis des vibrations. L’idée est donc de calibrer la jauge ionique à l’aide de la jauge capacitive, en présence de gaz et de préférence quand le cryostat n’est pas en fonctionnement. Pour cela on effectue une mesure de montée en pression progressive avec la vanne en enregistrant nos deux signaux de mesures de pression. On peut ainsi en déduire un coefficient d’ajustement de la pression lue par la jauge ionique autour de 0, 8, sachant que la valeur donnée par la notice pour une vapeur d’eau est de 1/1, 12 = 0, 89. Il faut diviser la valeur de pression lue par ce facteur. Quand on travaille
1.5. COLLISION AVEC UNE VAPEUR
avec d’autres types de vapeur (notamment les alcools ici), le coefficient d’ajustement est différent avec plutôt 0, 96 pour le méthanol, et 1, 3 pour l’éthanol.
Figure 1.27 – Mesures de pressions avec les jauges capacitive et de type Bayard-Alpert lors
d’une rampe en pression de vapeur d’eau dans la cellule de collision lorsque le cryostat est en fonctionnement. On voit que la mesure sur la jauge capacitive est assez bruitée du fait des vibrations du cryostat. Ce graphe montre la valeur de pression après correction de la jauge de type Bayard- Alpert pour un facteur de correction de 0, 8.
Par cette méthode on réalise ainsi une mesure assez précise de la variation de pression dans la cellule de collision, qui est notamment utilisée pour déduire les sections efficaces d’attachement dans le chapitre 2. Son incertitude est estimée autour de 7%, en prenant en compte les incertitudes données par le constructeur pour les deux jauges, ainsi que la dispersion des valeurs de la jauge capacitive.
1.5.2 Longueur effective de la cellule
La longueur effective d’interaction molécule-agrégat Lcel, qui correspond à la longueur
d’interaction molécule-agrégat doit être évaluée. C’est un paramètre qui intervient dans les différentes mesures que nous effectuons. Cette longueur n’est pas nécessairement celle de la cellule de collision car la densité de molécules de la vapeur à l’intérieur de la cel- lule de collision peut s’échapper vers l’extérieur de celle-ci par les orifices d’entrée et de sortie de diamètre 5 mm, augmentant la longueur effective d’interaction. De même que si au contraire cette densité diminue beaucoup à l’intérieur proche de l’orifice la longueur d’interaction serait réduite.
D’après les calculs concernant la distribution de densité dans une cellule cylindrique [38], les dimensions géométriques de notre cellule semblent assurer qu’il n’y a pas besoin d’appliquer de facteur de correction pour prendre en compte la distribution de densité au- tour des orifices. Une des conditions de validité de ces calculs est que la pression doit être suffisamment basse pour que le libre-parcours moyen d’une molécule de vapeur soit supé- rieur aux dimensions de la cellule. Pour le cas d’une vapeur d’eau il faut donc une pression inférieure à 2 × 10−3mbar, ce qui est toujours le cas de nos mesures expérimentales.
Toute fuite de densité est négligeable : le déficit éventuel de densité à l’intérieur de la cellule est compensé par la distribution de densité à l’extérieur. Nous pouvons donc considérer la longueur effective d’interaction comme la longueur géométrique de la cellule soit : Lcel = 5 cm.