Le diagnostic SOP

La SOP, pour Streak-Optical-Pyrometer, est un diagnostic passif initialement développé pour des mesures de température. Il est simplement constitué d’un système optique réalisant l’image de la face arrière de la cible sur une caméra à balayage de fente. Nous avons vu pré- cédemment qu’un choc chauffait la matière en la traversant. Cette augmentation soudaine de température est accompagnée d’une émission de lumière [208], émission propre à l’échantillon qui va pouvoir alors être suivie temporellement par ce diagnostic. Le but premier de ce diagnostic d’émission propre est donc de mesurer la distribution de luminance énergétique monochromatique issue de la face arrière de la cible au cours du temps. Avec une hypothèse de corps gris et en considérant "( ) l’émissivité à la longueur d’onde , on peut déduire la température en utilisant la loi de Planck, qui relie la température d’un corps à sa lumière émise :

B( , T ) = "( )2hc

2 5

1

exp⇣ _kBhc_T⌘ 1 (1.30)

Bien que sa mise en place soit relativement simple, la mesure absolue de température reste cependant fastidieuse car elle nécessite de connaître précisément les caractéristiques de transmis- sion de toutes les optiques mais également de la caméra utilisée. Pour pallier ces difficultés, des méthodes plus subtiles peuvent être employées, en utilisant par exemple un matériau de référence dont l’émissivité est bien calibrée en température, ou en calibrant directement le système entier à l’aide d’une lampe surfacique dont la température est bien connue. Il est en outre nécessaire que la température de l’échantillon soit suffisamment élevée pour que l’émission devienne détectable par le système d’imagerie. Ce seuil minimal de température a été estimé dans notre cas à environ 5000K.

Comme expliqué précédemment, nous n’avons pas utilisé ce diagnostic pour des mesures absolues de température mais pour contrôler l’uniformité du choc et avoir accès au temps de transit du choc dans l’échantillon. Ceci est possible avec la géométrie des cibles décrites ci-dessus, constituées en face arrière d’un, voire plusieurs matériaux transparents. Le principe est simple et est schématisé sur la figure 1.12. Avant le temps ti, aucune émissivité n’est mesurée car le matériau

Figure 1.12: Schéma de principe de la SOP : l’émission mesurée permet de remonter au temps de transit du choc et d’en déduire sa vitesse moyenne.

est opaque à la lumière. Ce sera par exemple le cas du fer, du cuivre ou encore du carbone comme nous le verrons par la suite. A ti, lorsque le choc débouche dans le matériau transparent, comme

le plastique, le diamant ou le quartz, et à condition que ce dernier le reste et qu’il n’ait pas été préchauffé, le diagnostic enregistre alors du signal provenant directement du front de choc chauffant le matériau, ceci jusqu’au temps tf. La différence entre ces deux instants nous donne

alors directement le temps de transit du choc dans cette couche et par conséquent, moyennant de connaître précisément l’épaisseur du matériau en question, la vitesse moyenne du choc Us.

Les diagnostics VISAR et SOP permettent ainsi d’avoir accès expérimentalement à la vitesse du choc instantanée ou moyennée dans les matériaux étudiés, voire dans certains cas à la vitesse particulaire. Et ils offrent par conséquent la possibilité de remonter aux conditions hydrodynamiques de la matière dense et tiède créée grâce à la technique de choc laser par le biais des relations de Rankine-Hugoniot, moyennant la connaissance des équations d’état. Pour remonter à ces conditions de pression, température, densité, etc.... , on s’aidera tout au long de ces travaux d’un code d’hydrodynamique radiative 1D, le code MULTI, utilisé en routine dans les expériences de choc laser, à la fois pour analyser les expériences mais également pour dimensionner les cibles. Nous reviendrons plus précisément sur ce point dans les chapitres 3 et 5. Notons que la dimension 1D de ce code est suffisante compte tenu de la géométrie des cibles utilisées (multi- couches avec une épaisseur de l’ordre de la dizaine de microns) et des grandes dimensions de taches focales utilisées dans la majorité des cas ( > 400µm).

Jusqu’à aujourd’hui, la grande majorité des études réalisées sur la WDM se sont concentrées sur les mesures d’équations d’état, à l’aide notamment des deux diagnostics présentés ci-devant. Mais malheureusement, ces mesures ne permettent pas d’accéder directement aux modifications s’effectuant à l’échelle microscopique lorsqu’un système est soumis à de telles conditions de densité et de température et sont, par conséquent, moins contraignantes pour les méthodes théoriques. Nous avons donc décidé d’adopter une démarche différente afin d’obtenir une mesure directe des changements de phase et de l’évolution structurelle d’un matériau dans ces conditions. Nous avons donc utilisé ces diagnostics visibles en supposant les équations d’état des matériaux connues afin de remonter aux conditions hydrodynamiques atteintes expérimentalement et, en parallèle, nous

avons développé un autre type de diagnostic capable de pénétrer en profondeur cette matière dense et chaude afin de la sonder. Une solution pour répondre à ce dernier point consiste à utiliser une source très énergétique, comme une source de particules ou encore du rayonnement X. C’est cette dernière approche qui sera utilisée dans cette étude.