6.3 Résultats expérimentaux du CHOSi
6.3.1 Détermination des états (P, ρ) sur l’Hugoniot
Présence de franges parasites sur les images VISAR : Lors des premiers tirs réalisés en 2014, nous avons observé la présence de franges parasites sur les images VISAR, comme présenté sur la figure (6.10). Ces franges sont rectilignes et se superposent aux franges réelles qui évoluent au cours du temps. Leur présence rend plus difficile la détection du saut de frange à l’interface entre le quartz et le CHOSi. Elles donnent une fausse évolution de la phase et parfois, l’impression de sauts de franges supplémentaires et une perte de contraste.
FIGURE6.10 : (a) Exemple d’une image VISAR obtenue avec une cible de CHOSi. Des franges parasites recti- lignes sont visibles lorsque le choc se propage dans le quartz. (b) Même image VISAR après traitement de franges parasites dans le rectangle noir.
proviennent d’une réflexion à l’interface entre le CHOSi et le vide. A titre de comparaison, les autres cibles utilisées aux cours de ces campagnes et notamment, les cibles composées de quartz en face arrière, ne présentent pas ces franges. Elles ne proviennent donc pas de réflexion du faisceau sonde dans la chambre d’expérience.
Pour soustraire ces franges parasites, quand elles sont présentes, et extraire la phase des images VISAR, nous avons utilisé une option du logiciel Neutrino prévue à cet effet. Il faut alors obtenir l’in- terfrange et l’orientation de ces franges parasites. On cherche un endroit de l’image où ces franges ne se superposent pas aux franges réelles. Un filtre est ensuite appliqué à l’image pour ne garder que les franges mouvantes dans le quartz et le CHOSi. La figure (6.10) (b) montre un exemple d’application de ce traitement.
Sur certaines cibles, nous avons ajouté une lame de quartz traitée anti-reflet à la longueur d’onde du faisceau sonde en face arrière de la cible. Cette technique nous a permis d’obtenir des images sans franges parasites.
Détermination des vitesses de choc : La détermination des états (P, ρ) sur l’Hugoniot du CHOSi nécessite de connaître la vitesse du front de choc dans le quartz et dans le CHOSi à l’interface entre ces deux matériaux.
On détermine ces vitesses à partir de la variation de la phase donnée à 2π près par le diagnostic. L’extraction de la phase se fait pour chaque image VISAR à l’aide du logiciel Neutrino, après application
Détermination des états (P, ρ) sur l’Hugoniot 169
du traitement de franges parasites. On détermine ensuite la variation de la phase en faisant coïncider les mesures de deux VISAR de sensibilités différentes. Nous avons également vérifié que les vitesses obtenues par cette méthode sont cohérentes avec les vitesses moyennes données par les temps de transit dans le quartz et dans le CHOSi.
FIGURE6.11 : Extraction des vitesses de choc dans le quartz et dans le CHOSi.
On considère le profil du VISAR qui possède la plus grande sensibilité (4, 476 km/s/frange dans le vide). Les vitesses sont ensuite corrigées avec l’indice du quartz à 532 nm (n = 1, 547). Une fois le profil de vitesse extrait, il faut apporter quelques corrections supplémentaires. Premièrement, il faut tenir compte de l’indice du CHOSi (n = 1, 5505 à 532 nm) qui est légèrement différent de celui du quartz. La vitesse mesurée est apparente et il faut appliquer un facteur 1,55051,547 aux vitesses extraites dans le CHOSi. Il faut ensuite considérer la résolution temporelle du VISAR qui provient de la résolution de la caméra streak et du retard introduit par l’étalon. Ainsi, bien que la transmission du choc du quartz au CHOSi soit quasi-instantanée, le saut de vitesse mesuré l’est avec une résolution de 200 ps environ. Les vitesses de choc sont donc issues d’extrapolation sur 300 ps avant et après la transmission du choc, comme illustré sur la figure (6.11). Les vitesses mesurées dans la référence quartz et dans le CHOSi sont fournies dans le tableau (6.3).
États (P, ρ) sur l’Hugoniot : Les états (P, ρ) obtenus à partir des vitesses de choc sont indiqués sur la figure (6.12). La courbe d’Hugoniot du quartz a été calculée à l’aide d’une fonction analytique ajustée
numéro de tir UQzs [km/s] UCHOSis [km/s] 37759 16, 612 (0, 29) 18, 062 (0, 29) 37762 21, 936 (0, 48) 24, 865 (0, 48) 37826 14, 386 (0, 29) 15, 281 (0, 22) 37755 22, 736 (0, 48) 25, 859 (0, 48) 37816 16, 015 (0, 29) 17, 330 (0, 29) 37776 16, 944 (0, 29) 18, 594 (0, 29) 37778 21, 816 (0, 48) 24, 805 (0, 48) 39675 13, 228 (0, 29) 14, 117 (0, 29) 39676 13, 139 (0, 29) 14, 066 (0, 29) 39685 11, 963 (0, 29) 12, 955 (0, 29)
TABLE6.3 : Vitesses de choc mesurées de part et d’autre de l’interface entre le quartz et le CHOSi. Les valeurs entre parenthèses correspondent aux incertitudes sur la mesure.
FIGURE6.12 : États sur l’Hugoniot du CHOSi déterminés par les deux méthodes employées pour le calcul de l’isentrope de détente ; en bleu la méthode avec un coefficient de Grüneisen constant, en vert la méthode de Knudson et Desjarlais. Les cercles noirs sont des états déterminés avec une référence aluminium.
sur des données expérimentales par Knudson et Desjarlais [132]. Les deux méthodes précédemment évoquées ont été utilisées pour le calcul de l’isentrope de détente. La propagation des erreurs se fait de
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la même façon que pour la référence aluminium.
On remarque des écarts importants en densité entre les deux méthodes. Ceux-ci sont de 0, 1 g/cm3 environ, ce qui correspond à une différence de 3 à 4% sur le régime de densité étudié. Ces écarts sont 2 à 3 fois plus importants que ceux observés avec la référence aluminium. Les deux jeux de pression-densité sont néanmoins en accord avec l’Hugoniot issue de la dynamique moléculaire quantique.
FIGURE6.13 : Schéma des cibles assemblées avec une référence aluminium et image VISAR correspondante.
Nous avons ensuite vérifié ces états à partir d’une référence aluminium. Les cibles utilisées sont présentées sur la figure (6.13). Elles ont été construites par l’équipe de N. Osaki au cours de la campagne expérimentale 2016. Elles se composent d’une lame de quartz ajoutée à coté de l’échantillon de CHOSi. Tous deux sont collés sur une couche d’aluminium. On s’intéresse à la transmission du choc à l’interface entre l’aluminium et le CHOSi d’un coté, et le quartz de l’autre. Deux matériaux de référence sont utilisés ici. Premièrement, le quartz permet d’obtenir précisément l’état du choc dans l’aluminium juste avant la propagation du choc dans le CHOSi. Deuxièmement, l’aluminium sert de référence pour la mesure indirecte de l’état sous choc dans le CHOSi.
Aux mêmes instants, on observe que le choc se propage dans le quartz, à droite de l’image VISAR (figure 6.13), ainsi que dans le CHOSi, à gauche de l’image. On mesure la vitesse du choc dans ces deux matériaux juste après la transmission du choc. Les courbes d’Hugoniot (P,Up) de l’aluminium et
du quartz sont connues. La vitesse de choc mesurée dans le quartz détermine l’état du choc sur son Hugoniot. Par essais successifs, on calcule des isentropes de détente à partir de différents états de départ sur l’Hugoniot de l’aluminium. Celui qui restitue le mieux l’état sous choc dans le quartz est choisi comme point de départ pour le calcul de l’isentrope qui déterminera l’état du choc dans le CHOSi. La
figure (6.14) illustre cette méthode de mesure.
FIGURE6.14 : Méthode de la désadaptation d’impédance pour une cible composée d’une référence aluminium et quartz.
numéro de tir UAls [km/s] UCHOSis [km/s] 39717 13, 947 (0, 29) 15, 194 (0, 29) 39711 16, 273 (0, 29) 17, 881 (0, 29)
TABLE 6.4 : Vitesses de choc mesurées de part et d’autre de l’interface entre l’aluminium et le CHOSi. Les valeurs entre parenthèses correspondent aux incertitudes sur la mesure.
Deux cibles de ce type ont été utilisées. Les états (P, ρ) obtenus avec la référence aluminium sont indiqués par des cercles noirs sur la figure (6.12). Les écarts en densité entre les deux méthodes du calcul de l’isentrope sont inférieurs à 1%. Ils sont en accord avec les mesures réalisées à partir de la référence quartz et valident nos simulations de dynamique moléculaire quantique. Nous conservons les états calculés avec la méthode de Knudson et Desjarlais pour le calcul de l’isentrope de détente. Ceux-ci sont relatés dans le tableau (6.5).