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Cartographie des diffusivités thermiques de matériaux hétérogènes anisotropes: application aux surfaces asteroïdales

Cartographie des diffusivités thermiques de matériaux hétérogènes anisotropes: application aux surfaces asteroïdales

Thermal diffusivity cartography of heterogeneous and anisotrope materials : Application to asteroidal surfaces

Proposition de thèse

Spécialité

Mécanique numérique et Matériaux

Ecole doctorale

SFA - Sciences Fondamentales et Appliquées

Directeur de thèse

PIGEONNEAU Franck

Unité de recherche

Centre de Mise en Forme des Matériaux

Contact
Date de validité

01/10/2018

Site Webhttp://www.cemef.mines-paristech.fr/sections/formations/doctorats/pour-postuler/these-cemef-3347
Mots-clés

Astéroïde, matériau hétérogène, diffusivité thermique, méthode inverse

Asteroid, heterogeneous material, thermal diffusivity, inverse method

Résumé

Les corps célestes sans atmosphère, tels les astéroïdes, sont recouverts d'un sol qui repose sur la roche mère initiale brute. Ce sol, appelé régolite, est une couche de poussières dont les grains peuvent varier de la taille de fines particules inférieures au millimètre à des graviers de taille bien supérieure au millimètre.
La compréhension de la formation du régolite et de son évolution au cours du temps revêt un intérêt capital tant pour diagnostiquer la nature de ces corps célestes (interface entre le rayonnement et le corps céleste) que pour les échantillonner (missions spatiales OSIRIS-REx de la NASA et Hayabusa de la JAXA).
L'objectif de cette thèse est d'établir des cartographies de diffusivités thermiques de matériaux hétérogènes analogues (météorites) à partir d'expériences de sollicitation thermique par laser (face avant) et le traitement du champ de température enregistré par une caméra infra rouge. Les méthodes utilisées permettent d'estimer les propriétés
thermiques dans les 3 directions de l'espace par méthode inverse et transformation intégrale. Ces techniques combinées avec des méthodes de zoom spectral permettront d'accéder à des informations plus locales des propriétés thermiques des matériaux hétérogènes en général, et à terme de proposer des modèles de formation et d'évolution
du régolite.

The atmosphereless celestial bodies, such as asteroids, are covered with a soil that lies on the original bedrock. This soil, called regolith, is a layer of dust whose grains can vary from the size of fine particles smaller than one millimeter to gravel much larger than a millimeter.
The understanding of the formation of the regolith and its evolution over time is of vital interest both to diagnose the nature of these celestial bodies (interface between the radiation and the celestial body) and to sample them (OSIRIS-REx space missions of the NASA and Hayabusa of the JAXA).
The objective of this thesis is to establish maps of thermal diffusivities of heterogeneous proxy materials (meteorites) from thermal laser experiments (front face) and the treatment of the temperature field recorded by an infrared camera. The methods used make it possible to estimate the thermal properties in the 3 directions of space by inverse method and integral transformation. These techniques combined with spectral zooming methods will provide access to more local information on the thermal properties of heterogeneous materials in general, and eventually to regolith formation and evolution models.

Contexte

Les corps célestes sans atmosphère, tels les astéroïdes, sont recouverts d'un sol qui repose sur la roche mère initiale brute. Ce sol, appelé régolite, est une couche de poussières dont les grains peuvent varier de la taille de fines particules inférieures au millimètre à des graviers de taille bien supérieure au millimètre. La compréhension de la formation du régolite et de son évolution au cours du temps revêt un intérêt capital tant pour diagnostiquer la nature de ces corps célestes (interface entre le rayonnement et le corps céleste) que pour les échantillonner (missions spatiales OSIRIS-REx de la NASA et Hayabusa de la JAXA).

Encadrement

Projet collaboratif entre l'Observatoire de la Cote d'Azur (Laboratoire Lagrange, UMR 7293, Nice) et le CEMEF (Sophia Antipolis)

Profil candidat

Transfert thermique, rayonnement, science des matériaux, calculs scientifiques : équations aux dérivées partielles, méthodes inverses, expériences

Heat transfer, thermal radiation, materials science, scientific computation: partial differential equations, inverse methods, experiment

Objectif

1. Cartographies en face avant de diffusivités thermiques de matériaux hétérogènes par sollicitation thermique par laser.
2. Traitement du champ de température enregistré par une caméra infrarouge pour estimer les propriétés thermiques dans les 3 directions de l'espace par méthode inverse et transformation intégrale.
3. Utilisation de méthodes de zoom spectral pour accéder localement aux propriétés thermiques des matériaux hétérogènes.
4. Proposer des modèles de formation et d'évolution du régolite.

Références

Delbo, M.; Libourel, G.; Wilkerson, J.; Murdoch, N.; Michel, P.; Ramesh, K. T.; Ganino, C.; Verati, C. & Marchi, S. Thermal fatigue as the origin of regolith on small asteroids Nature, 2014, 508, 233
Rodiet, C.; Niezgoda, M.; Remy, B. & Degiovanni, A. New estimation method based on integral transforms for the thermal diffusivity measurement of anisotropic materials Proceedings of the 15th International Heat Transfer Conference, IHTC, 2014, 15.

Type financement

Financement d'un Etablissement d'enseignement supérieur

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