2 Dimensional Measurements of Temperature Fields by Interferometric Techniques Q. GALAND, S. VAN VAERENBERGH Microgravity Research Center, Université libre de Bruxelles TR2i, IUT Saint-Malo, mai

0. Outline 1.Introduction 2.Dispositif de mesure typique 3.Protocoles expérimentaux 4.Schéma d’analyse de données 5.Exemples de réalisations 6.Conclusions 2

1. Introduction  Mesures de température par interférométrie  Principe: indice de réfraction: Lorsque l’indice de réfraction ne dépend que de la température:  Mesure préalable de la dérivée partielle de n avec la température.  On peut mesurer le champs de température à deux dimensions 3

2. Dispositif de mesure typique (1) Source lumineuse (a)diode laser (b) Contrôle de température (c) Contrôle de courant (2) Filtres optiques: intensité et qualité du faisceau (optionnel) (3) Collimation (4) et (7) Beams splitters(6) Système observé (5) et (8) Mirroirs(9) Camera CCD 4 Interféromètre de “Mach Zehnder”:  Diviser un faisceau lumineux cohérent, stable et collimaté en un faisceau objet et un faisceau de référence.  Produire des patterns d’interférence par combinaison des 2 faisceaux  Enregistrer les informations interférométriques et les traduire en données utiles (température)

3. Protocoles expérimentaux 5  Interférométrie = mesure relative nécessité d’acquisition d’une image de référence: T(t) ou T(x,y)  Techniques applicables aux liquides “transparents”  Observation au travers de parois transparentes  Durée d’acquisition de l’ordre de 0.1 s  Zone d’observation: quelques (dizaines de) cm 2  Intégration le long de l’axe optique Mesure d’une carte de température à deux dimensions Prise en compte de la température des parois  Possibilité de reconstruction 3D (Tomography)  Nécessité d’une calibration préalable

4. Schéma d’analyse de données 6

Plusieurs expériences, sur ISS, en 2012, 2014 et 2016 Objectifs: mesure de coéfficients de diffusion et de thermodiffusion dans des liquides ternaires 3x (5 liquides ternaires, 1 binaire, 2 températures) 3x (55 expériences successives) DSC: Diffusion and Soret Coefficients SODi: Selectable Optical Diagnostics 7 5. Exemples de réalisations (1): DSC on SODI experiment

Interféromètre bicouleur cellule de mesure DSC “cell array” 8 5. Exemples de réalisations (1): DSC experiment Mesures simultannées d’interférogrammes à deux longueurs d’onde. Reconstructions de 3 champs de concentrations chimiques et du champ de température.

5. Exemples de réalisations (2): CWIS experiment 9 Chemical Waves In Soret effect:  mesures de transitoires de température et de concentration chimique  objectif: caractérisation de la thermodiffusion  Interféromètre de Fizeau, modèle compact et résistant aux vibrations

5. Exemples de réalisations (2): CWIS experiment 10  2 références (temporelle et liquide de référence)  zooms optiques: région visualisée de 3 mm sur 18 mm  expérience réalisée à bord d’une fusée sonde Rexus, lancée à une altitude de 90 km, 120 secondes de microgravité

5. Exemples de réalisations (3): QNEM experiment 11 Objectifs: mesure de diffusivité thermique dans des solutions de nanofluides. Expérience réalisée en vols paraboliques, durée de microgravité de 20 secondes par parabole. Système de renouvellement du liquide in situ. Interféromètre de Mach Zehnder à une longueur d’onde.

6. CONCLUSIONS L’interférométrie est une technique puissante de mesure et s’applique particulièrement bien à des mesures de température. Contraintes expérimentales: Liquides transparents, récipient transparent Calibration préalable Interféromètre bien conçu, source lumineuse stable, résistance aux vibrations Temps d’acquisition de l’ordre de 0.1 s Zonre observées en cm 2 Nécessité de développer les outils d’analyse de données Résultats expérimentaux illustratifs 3 interféromètres différents Description du schéma d’acquisition de données Outils d’analyse de données Cartes de température à deux dimensions Précision < 0.01°C 12