alonso.jpg, par jfages

Soutenance de thèse de Nicolas ALONSO

doctorant à l'Institut Clément Ader UMR CNRS 5312 site d'Albi

sur "Développement de marqueurs luminescents pour le diagnostic de l’histoire thermique de composants de moteurs d’hélicoptères dans la gamme thermique 300 – 1000 °C."

Vendredi 26 janvier à 10h00

Amphithéâtre CONCORDE - Université Paul Sabatier

sous réserve de la validation du processus d'autorisation de soutenance

Composition du jury

• Mme Véronique Jubera - Rapportrice
• M. Yann LePetitcorps - Rapporteur
• M. Benoît Fond - Examinateur
• M. Éric Benoist - Examinateur
• Mme Sandrine Duluard - Directrice de thèse
• M. Étienne Copin, Institut Clément Ader UMR CNRS 5312 site d'Albi - Co-directeur de thèse
• M. Philippe Brevet - Directeur industriel

Résumé

Les performances des moteurs aéronautiques dépendent fortement des températures atteintes en fonctionnement. La connaissance la plus précise possible du champ thermique est garante de la durée de vie des composants moteurs. Les moyens disponibles actuellement pour la cartographie des pièces internes d’un moteur souffrent d’une résolution thermique limitée à quelques dizaines de degrés (exploitation du thermochromisme). Une nouvelle technologie de marquage de la température subie par les pièces via des marqueurs photoluminescents a été récemment développée. Elle se caractérise par l’exploitation de changements irréversibles des propriétés de photoluminescence (temps de vie ou intensité) lors d’apport d’énergie sous la forme thermique. Les analyses sont réalisées après refroidissement et démontage des pièces. La résolution thermique est très élevée, de l’ordre du degré, du fait de l’évolution continue des propriétés de photoluminescence avec la température dans ce type de systèmes.

L’objectif de cette thèse est de développer des luminophores capables de marquer des températures s’échelonnant de 300 à 1000 °C, températures typiques des composants moteurs d’hélicoptères.

En premier lieu, les mécanismes à l’origine de l’évolution continue des propriétés de photoluminescence en fonction des traitements thermiques, ont été répertoriés par une étude bibliographique. Parmi tous les mécanismes, le phénomène de cristallisation (transition amorphe cristallin, augmentation de taille des cristallites) est le plus prometteur du fait de sa capacité à évoluer sur une large gamme de température. Les critères de sélection les plus critiques ont pu être établis à partir de la recherche bibliographique et du cahier des charges.

Ainsi, le dioxyde de titane a été choisi principalement pour sa température de cristallisation assez basse via une synthèse par voie humide même si son exploitation à haute température était connue pour être délicate. Il contient des luminophores lanthanides (Ln3+ = Eu3+, Er3+, Dy3+, Sm3+, Tm3+ et Yb3+). Les premiers résultats ont mis en avant l’effet critique de la formation de phase pyrochlore (La2Ti2O7) qui restreint la plage d’utilisation maximale du dioxyde de titane à moins de 900 °C. La nature et le taux des espèces ajoutées influencent fortement le processus de cristallisation (décalage de la transition anatase rutile vers les plus hautes températures, diminution de la quantité de phase formée) et en conséquence la dynamique de photoluminescence, sans pouvoir éviter la formation de phase pyrochlore.

Il en a été déduit la nécessité de travailler sur une matrice stable, sans changement de phase et sans formation de phases secondaires. L’yttrine dopée avec des lanthanides, Ln3+ = Eu3+, Er3+, Dy3+ et Sm3+ a été sélectionnée.

La partie de l’étude sur les changements structuraux et de photoluminescences a mis en avant l’influence de la nature et des quantités d’ions lanthanides sur la sensibilité en photoluminescence. Tous les luminophores à l’exception de Y2O3:Eu3+ 10 at. % ont une augmentation monotone des deux propriétés de photoluminescence de 450 à 1050 °C (traitements thermiques de 9 minutes), proches de la gamme 300 – 1000 °C du cahier des charges. D’autre part, les luminophores à des taux à 3 et 5 at. % en europium sont les marqueurs les plus performants avec une bonne sensibilité en intensité et durée de vie. Une optimisation du protocole de synthèse a été initiée pour atteindre cet objectif, des résultats prometteurs sont obtenus en modifiant l’agent chélatant. Des essais à temps longs montrent la marge d’évolution de photoluminescence, ce qui permet d’envisager l’exploitation des marqueurs base yttrine sur des temps plus longs et/ou à des températures encore plus élevées.

Mots-clés

Histoire thermique, Élaboration, Photoluminescence, Revêtements.