Etude expérimentale et numérique sur la propagation à travers l'atmosphère de faisceaux lasers CO2 impulsionnels de grande énergie PDF Download
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Author: Patrick Vigliano Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 544
Book Description
ETUDE DE LA PROPAGATION A TRAVERS L'ATMOSPHERE D'IMPULSIONS LASERS DE GRANDE PUISSANCE A LA LONGUEUR D'ONDE 10,6 MU M. PRINCIPAUX MECANISMES QUI ALTERENT LA TRANSMISSION D'ENERGIE LASER A TRAVERS L'ATMOSPHERE DANS LE CAS DES BASSES ET MOYENNES PUISSANCES EN REGIME CONTINU ET IMPULSIONNEL. ETUDE DU MECANISME DE CLAQUAGE OPTIQUE SURVENANT LORS DE LA PROPAGATION DE GRANDE DENSITE D'ENERGIE LASER. ETUDE EXPERIMENTALE ET NUMERIQUE SUR L'EXPANSION DU PLASMA CREE PAR LASER
Author: Patrick Vigliano Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 544
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ETUDE DE LA PROPAGATION A TRAVERS L'ATMOSPHERE D'IMPULSIONS LASERS DE GRANDE PUISSANCE A LA LONGUEUR D'ONDE 10,6 MU M. PRINCIPAUX MECANISMES QUI ALTERENT LA TRANSMISSION D'ENERGIE LASER A TRAVERS L'ATMOSPHERE DANS LE CAS DES BASSES ET MOYENNES PUISSANCES EN REGIME CONTINU ET IMPULSIONNEL. ETUDE DU MECANISME DE CLAQUAGE OPTIQUE SURVENANT LORS DE LA PROPAGATION DE GRANDE DENSITE D'ENERGIE LASER. ETUDE EXPERIMENTALE ET NUMERIQUE SUR L'EXPANSION DU PLASMA CREE PAR LASER
Author: Claude Lefauconnier Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 262
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LA PROPAGATION DE FAISCEAUX LASERS A HAUTE INTENSITE DANS L'ATMOSPHERE EST LIMITEE PAR L'EXTINCTION GAZEUSE ET PARTICULAIRE, MAIS SURTOUT PAR LE CLAQUAGE OPTIQUE INDUIT ESSENTIELLEMENT PAR LES AEROSOLS SUPRAMICRONIQUES. ON DETERMINE LES SEUILS DE VAPORISATION DE PARTICULES ISOLEES ET ON LES COMPARE AUX RESULTATS DE MODELES NUMERIQUES. LES VITESSES D'EJECTION EXPERIMENTALES SONT EN ACCORD AVEC LA THEORIE POUR LES AEROSOLS A FAIBLE LONGUEUR D'ABSORPTION. LA FRAGMENTATION EST EXAMINEE SOUS LES ASPECTS HYDRODYNAMIQUES ET THERMODYNAMIQUES. LA REALISATION D'UNE STATION DE MESURES A PERMIS DE CORRELER L'ETAT DE L'ATMOSPHERE, LES BILANS DE PROPAGATION D'UN FAISCEAU ET LES SEUILS DE CLAQUAGE
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ON A UTILISE A L'EXTERIEUR ET EN LABORATOIRE UNE PREIMPULSION LASER POUR OBTENIR UNE AUGMENTATION DE 4,1 SUR LES SEUILS DE CLAQUAGE ET DE 3 SUR LA DENSITE DE L'ENERGIE TRANSMISE. ON ETUDIE LES MECANISMES THERMOMECANIQUES QUI INTERVIENNENT LORS DE L'INTERACTION D'UN FAISCEAU LASER AVEC DES BRUMES OU BROUILLARDS DENSES. LES EXPERIENCES ONT PERMIS DE PRECISER QUATRE MECANISMES: VAPORISATION, DEFORMATION, FRAGMENTATION ET EJECTION. ON A MIS EN PARTICULIER EN EVIDENCE LA DEFORMATION DE LA GOUTTE DANS LE TEMPS ET UN SEUIL DE FRAGMENTATION AUTOUR DE 1,75/CM**(2)
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DANS CE MEMOIRE, NOUS PRESENTONS UNE ETUDE EXPERIMENTALE ET THEORIQUE DE L'HYDRODYNAMIQUE D'EXPANSION DU PLASMA, AINSI QU'UNE MODELISATION NUMERIQUE PAR ELEMENTS FINIS DU TRANSFERT DE CHALEUR DANS LE MATERIAU IRRADIE. POUR CELA, NOUS AVONS UTILISE UN LASER A CO#2 IMPULSIONNEL POUR IRRADIER DIFFERENTS METAUX (ALLIAGES D'ALUMINIUM AU4G ET DE TITAN TA6V AINSI QUE DES ACIERS 304L ET 35NCD16) AYANT PLUSIEURS ETATS DE SURFACES AVEC UNE INTENSITE MOYENNE DE 3 MW/CM#2. L'INTERACTION SE DEROULANT DANS UNE AMBIANCE GAZEUSE VARIABLE (HELIUM, AZOTE, ARGON) A LA PRESSION ATMOSPHERIQUE. UNE ETUDE DE LA DYNAMIQUE DE L'EXPANSION DU PLASMA, BASEE SUR UNE TECHNIQUE DE VISUALISATION SELON LE PRINCIPE DE L'INTERFEROMETRE DE MACH-ZEHNDER, NOUS A PERMIS DE DETERMINER L'INFLUENCE DES CONDITIONS D'IRRADIATION SUR LES DIFFERENTS REGIMES HYDRODYNAMIQUES OBSERVES. D'AUTRE PART, LA MESURE DE L'ENERGIE ABSORBEE PAR L'ECHANTILLON A MIS EN EVIDENCE UNE CORRELATION ENTRE LE COEFFICIENT DE COUPLAGE THERMIQUE ET LA NATURE DE L'ONDE D'ABSORPTION. UNE SECONDE ETUDE, REPOSANT SUR LE PRINCIPE DE LA PHOTOMETRIE, NOUS A PERMIS DE METTRE EN EVIDENCE LES PROPRIETES ABSORBANTES DU PLASMA. CES RESULTATS SONT EN BON ACCORD AVEC CEUX DEDUITS DE L'ETUDE HYDRODYNAMIQUE. ENFIN UNE MODELISATION NUMERIQUE NOUS PERMET DE DETERMINER LE CHAMP DE TEMPERATURE DANS LE MATERIAU IRRADIE, MAIS AUSSI LA PROPAGATION DU FRONT DE FUSION DANS LA MASSE METALLIQUE. CETTE MODELISATION PREND EN COMPTE LE CHANGEMENT DE PHASE SOLIDE-LIQUIDE SELON LA METHODE DE LA CAPACITE CALORIFIQUE EQUIVALENTE
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CETTE THESE, ETROITEMENT LIEE AUX PROJETS DE LASER MEGAJOULE (NIF AUX USA ET LMJ EN FRANCE), CONCERNE LA PROPAGATION ANORMALE DES FAISCEAUX LASER DANS LES PLASMAS SOUS-CRITIQUES DONT LA TRAVERSEE EST A L'ORIGINE DE COUPLAGES D'ONDES INSTABLES. LE TRAVAIL A CONSISTE A ETUDIER, PLUS PARTICULIEREMENT, L'INSTABILITE DE FILAMENTATION QUI PEUT CONDUIRE A L'AMPLIFICATION DE TOUTE INHOMOGENEITE D'ECLAIREMENT EN DES FILAMENTS DE LUMIERE BEAUCOUP PLUS ETROITS ET INTENSES. CELA NUIT A L'UNIFORMITE D'IRRADIATION RECHERCHEE ET PEUT, PAR L'AUGMENTATION DE L'ECLAIREMENT DANS LES POINTS CHAUDS, FAVORISER LE DEVELOPPEMENT DE PROCESSUS NON-LINEAIRES TELS QUE LES RETRODIFFUSIONS RAMAN ET BRILLOUIN QUI PROVOQUENT LA PERTE D'UNE FRACTION NOTABLE DE L'ENERGIE INCIDENTE. DANS LES PROJETS DE GRAND LASER, LE CONTROLE DE LA FILAMENTATION SERA EFFECTUE AU MOYEN D'UNE TECHNIQUE DE LISSAGE SPATIO-TEMPOREL QUI CONSISTE A BRISER A LA FOIS LES COHERENCES SPATIALE ET TEMPORELLE DE L'IMPULSION LASER. NOUS AVONS CHOISI UN MODELE OU LA PROPAGATION DE L'ONDE LASER EST RESOLUE DANS LE CADRE DE L'APPROXIMATION PARAXIALE ET EST COUPLEE A UNE EQUATION D'ONDE SONORE QUI GERE LA DYNAMIQUE DU PLASMA. UN CODE NUMERIQUE TRIDIMENSIONNEL A ETE DEVELOPPE DANS LE BUT DE MENER CETTE ETUDE. LA MODELISATION DES SOURCES LASERS LISSEES Y A ETE INTRODUITE. LES SIMULATIONS ONT PERMIS DE MONTRER QU'UN LISSAGE PUREMENT SPATIAL SERAIT CAPABLE DE SUPPRIMER TOUTE FILAMENTATION SI ON POUVAIT SUFFISAMMENT REDUIRE LA TAILLE DU GRAIN DANS LA TACHE FOCALE. CELA ETANT TECHNOLOGIQUEMENT IMPOSSIBLE, L'ETUDE DE L'ASPECT TEMPOREL DU LISSAGE A PROUVE QUE LA GRANDEUR CLEF POUR LA REDUCTION DE LA FILAMENTATION ETAIT LE TEMPS DE VIE DU GRAIN. ON A AUSSI PU MONTRER L'EQUIVALENCE DE PERFORMANCE ENTRE LES DIFFERENTES TECHNIQUES DE LISSAGE A TEMPS DE COHERENCE EGAL. ENFIN, L'IMPORTANCE DU PHENOMENE D'AUTO-LISSAGE INDUIT PAR LA PROPAGATION A TRAVERS SEULEMENT QUELQUES CENTAINES DE MICRONS DE PLASMA A ETE MISE EN EVIDENCE.
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CETTE THESE S'INSCRIT DANS UN PROJET DE MISE AU POINT D'UN SYSTEME DE DECONTAMINATION DE SURFACE POLLUEE PAR DU CESIUM RADIOACTIF PAR LASER A EXCIMERES. LES DEUX POINTS PRINCIPAUX DE CETTE ETUDE CONCERNENT LA FAISABILITE DU NETTOYAGE ET LE TRANSPORT DU FAISCEAU LASER JUSQU'A LA CIBLE CONTAMINEE. LA PREMIERE PARTIE EST CONSACREE A L'ETUDE DE LA POSSIBILITE DE NETTOYER EN DIRECT, PAR UN FAISCEAU LASER, UNE CIBLE SOUILLEE PAR DU CESIUM NON RADIOACTIF. LES PRINCIPES DE L'ABLATION LASER SONT PRESENTES AINSI QUE LE PRINCIPE DE CONTROLE DU NETTOYAGE PAR SPECTROSCOPIE. LE TRANSPORT DE L'ENERGIE LASER JUSQU'A LA CIBLE SE FAIT PAR FIBRE OPTIQUE EN SILICE. LA TRANSMISSION DU FAISCEAU LASER PAR FIBRE EST ETUDIEE DANS CE MEMOIRE. APRES UN RAPPEL SUR LA PROPAGATION D'UN FAISCEAU LUMINEUX DANS LES FIBRES OPTIQUES ET SUR LES CONDITIONS DE GUIDAGE, LES DIFFERENTS PHENOMENES INDUISANT DES PERTES ENERGETIQUES AU COUPLAGE ET DURANT LA PROPAGATION DU FAISCEAU LASER SONT PRESENTES. UNE ETUDE SPECTROSCOPIQUE DE LA FLUORESCENCE DE LA FIBRE DURANT L'IRRADIATION A PERMIS DE CARACTERISER LES CENTRES COLORES RESPONSABLES DE LA MAJEURE PARTIE DES PERTES D'ENERGIE AU COURS DES TIRS LASER. L'ETUDE EXPERIMENTALE DE LA TRANSMISSION A MIS EN EVIDENCE L'INFLUENCE DES PARAMETRES DE LA SOURCE LASER (FREQUENCE, ENERGIE, DUREE D'IMPULSION) SUR LES PERTES ENERGETIQUES. UN MODELE NUMERIQUE CALCULANT LA VALEUR DE LA TRANSMISSION AINSI QUE DE LA CONCENTRATION DES CENTRES COLORES DANS LA FIBRE, EN FONCTION DES PARAMETRES LASER, A ETE DEVELOPPE AFIN D'INTERPRETER LES RESULTATS EXPERIMENTAUX. UN CHOIX OPTIMUM DES PARAMETRES DE LA SOURCE LASER EST DETERMINE EN VUE DES APPLICATIONS INDUSTRIELLES. UNE DERNIERE PARTIE EST CONSACREE A L'APPLICATION INDUSTRIELLE. ELLE PRESENTE LA REALISATION ET L'ETUDE D'UN TRANSPORT DE L'ENERGIE LASER PAR UN FAISCEAU DE FIBRES. ENFIN, LE SYSTEME COMPLET DE NETTOYAGE EST DECRIT ET LES RESULTATS DU RENDEMENT ENERGETIQUE SONT DONNES.
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EN PROPAGATION HORIZONTALE DANS LA COUCHE DE SURFACE, LES FLUCTUATIONS D'INTENSITES OU SCINTILLATION, PARTICULIEREMENT FORTES FONT TOUJOURS L'OBJET DE NOMBREUSES RECHERCHES. LA DETERMINATION DE LA LOI DE PROBABILITE EXPERIMENTALE N'EST TOUJOURS PAS CONNUE DU FAIT DE L'ABSENCE DE THEORIE GENERALE ET DE L'INSUFFISANCE DU NOMBRE DE DONNEES ACCESSIBLES A LA MESURE. ICI, POUR DIMINUER LE POIDS DES INTENSITES MANQUANTES LES MOMENTS FRACTIONNAIRES SONT INTRODUITS, PERMETTANT AINSI DE DETERMINER AVEC PLUS DE PRECISION LA STATISTIQUE DES FLUCTUATIONS D'INTENSITE QUI NE PEUX ETRE CONNUE EN UTILISANT LES MOMENTS ENTIERS. UNE PROCEDURE EST MISE EN PLACE POUR COMPARER LES DIFFERENTES DISTRIBUTIONS. AFIN D'ETUDIER LES MOMENTS FRACTIONNAIRES, DES TIRAGES ALEATOIRES SONT EFFECTUES POUR 3 LOIS DE PROBABILITE COMMUNEMENT RENCONTREES EN SCINTILLATION LASER (DISTRIBUTIONS LOG-NORMALE, LNME ET K). CETTE ETUDE A PERMIS DE DETERMINER QUE LES MOMENTS FRACTIONNAIRES D'ORDRE INFERIEUR A 2 SONT LES PLUS CORRECTEMENT CALCULES LORSQUE LA LARGEUR DE LA CLASSE DES HISTOGRAMMES EST SUFFISAMMENT PETITE PAR RAPPORT A LA VALEUR MOYENNE CONTRAIREMENT AUX MOMENTS D'ORDRE ENTIER ET SUPERIEUR A 2. LES MOMENTS FRACTIONNAIRES SONT ENSUITE APPLIQUES A DES DONNEES EXPERIMENTALES. LA DISTRIBUTION LOG-NORMALE REPRESENTE LES FAIBLES FLUCTUATIONS D'INTENSITE ET LA DISTRIBUTION LNM E EST LA DISTRIBUTION LA PLUS PROCHE DANS LES CAS DE FORTES FLUCTUATIONS. LA SECONDE PARTIE DE LA THESE TRAITE DES FLUCTUATIONS LATERALES DE POSITION DES FAISCEAUX MINCES. CES FAISCEAUX, DEFINIS DANS L'APPROXIMATION DE L'OPTIQUE GEOMETRIQUE, SONT TRES SENSIBLES A LA TURBULENCE ET PERMETTENT AINSI UNE CARACTERISATION LOCALE DE LA TURBULENCE. UN PREMIER TRAVAIL EXPERIMENTAL A MONTRE QUE LA VARIANCE DES FLUCTUATIONS LATERALES DE POSITION ETAIT PROPORTIONNELLE AU CUBE DE LA DISTANCE DU PARCOURS TURBULENT MEME DANS LE CAS D'UNE TURBULENCE FORTE. SEULE LE CAS D'UNE TURBULENCE FAIBLE ETAIT PREVU PAR LA THEORIE. LE DOUBLE PASSAGE, ALLER-RETOUR D'UN FAISCEAU MINCE A TRAVERS LA MEME COUCHE DE TURBULENCE EST ENSUITE ETUDIE. LA THEORIE DEVELOPPE ICI PERMET DE DETERMINER LES FONCTIONS DE CORRELATION DES FLUCTUATIONS DE POSITION DES FAISCEAUX MINCES. ON DEMONTRE QUE LE RAPPORT ENTRE LA VARIANCE DES FLUCTUATIONS DE POSITION POUR LE DOUBLE PASSAGE ET LA VARIANCE CORRESPONDANT AU PASSAGE SIMPLE EST INDEPENDANT DU MODELE DE TURBULENCE CONSIDEREE. CE RESULTAT EST ENSUITE VERIFIE EXPERIMENTALEMENT OU UNE PROCEDURE PARTICULIERE A PERMIS DE MESURER AVEC PRECISION LES VALEURS CONCERNANT LE DOUBLE PASSAGE. ENFIN, LA METHODE DITE DU MAXIMUM, BASEE SUR LA DIFFERENCE DE FONCTIONS DE CORRELATION DES FAISCEAUX MINCES QUI PRESENTE UN MAXIMUM LORSQUE LA DISTANCE ENTRE LES DEUX FAISCEAUX EST PROCHE DE L'ECHELLE INTERNE EST ETENDUE AU MODELE DE TURBULENCE DE HILL-ANDREWS. UNE CONFRONTATION THEORIQUE ET EXPERIMENTALE (A PARTIR DE DONNEES PRECEDEMMENT MESUREES) ENTRE CE MODELE ET LE MODELE DE VON-KARMAN EST PRESENTEE. CETTE ETUDE CONFIRME LE FAIT QUE CETTE METHODE PERMET DE MESURER LOCALEMENT L'ECHELLE INTERNE DE LA TURBULENCE.
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Le principe de la fusion par confinement inertiel consiste à irradier par une multitude de faisceaux laser une micro-cible d'hydrogène, afin de la comprimer pour déclencher une réaction de fusion thermonucléaire. Les lasers très intenses de la prochaine génération (le Mégajoule, pour la France) devraient permettre cela. Mais la compression isotropique et uniforme requise est impossible à atteindre avec un faisccau cohérent, du fait des distorsions de phase aléatoires apparaissant dans les grandes chaines laser. Aussi, des méthodes de lissage ont été mises au point aux USA à Livermore et en France au CEA, reposant sur la destruction partielle de la cohérence spatio-temporelle des faisceaux laser.Cette approche n'est pas sans poser des problèmes à la fois technologiques et théoriques concernant la propagation, l'amplification et la conversion de fréquence de faisceaux partielle-ment cohérents. I1 resulte notamment de la compétition entre les effets non-linéaires d'une part et les phénomènes de dispersion et de diffraction d'autre part, la possibilité pour le faisceau de s'effondrer sur lui-même (autofocalisation) ou encore de générer localement des pics d'intensité très élevée (filamentation). Cette thèse se propose de revisiter la propagation des lasers de puis-sance au travers de la propriété de cohérence partielle, et au moyen d'outils statistiques. Le faisceau laser est considéré comme étant la réalisation d'un processus aléatoire, et sa propagation est modélisée dans l'approximation paraxiale par l'équation de Schrödinger avec non-linéarité cubique. L'étude repose fortement sur l'existence de deux échelles distinctes de variations, une échelle lentement variable correspondant à l'enveloppe du champ et décrite de façon déterministe, et l'échelle des fluctuations microscopiques aléatoires décrite par une sta-tistique initialement gaussienne.
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CETTE THESE S'INSCRIT DANS UN PROJET DE MISE AU POINT D'UN SYSTEME DE DECONTAMINATION DE SURFACE POLLUEE PAR DU CESIUM RADIOACTIF PAR LASER A EXCIMERES. LES DEUX POINTS PRINCIPAUX DE CETTE ETUDE CONCERNENT LA FAISABILITE DU NETTOYAGE ET LE TRANSPORT DU FAISCEAU LASER JUSQU'A LA CIBLE CONTAMINEE. LA PREMIERE PARTIE EST CONSACREE A L'ETUDE DE LA POSSIBILITE DE NETTOYER EN DIRECT, PAR UN FAISCEAU LASER, UNE CIBLE SOUILLEE PAR DU CESIUM NON RADIOACTIF. LES PRINCIPES DE L'ABLATION LASER SONT PRESENTES AINSI QUE LE PRINCIPE DE CONTROLE DU NETTOYAGE PAR SPECTROSCOPIE. LE TRANSPORT DE L'ENERGIE LASER JUSQU'A LA CIBLE SE FAIT PAR FIBRE OPTIQUE EN SILICE. LA TRANSMISSION DU FAISCEAU LASER PAR FIBRE EST ETUDIEE DANS CE MEMOIRE. APRES UN RAPPEL SUR LA PROPAGATION D'UN FAISCEAU LUMINEUX DANS LES FIBRES OPTIQUES ET SUR LES CONDITIONS DE GUIDAGE, LES DIFFERENTS PHENOMENES INDUISANT DES PERTES ENERGETIQUES AU COUPLAGE ET DURANT LA PROPAGATION DU FAISCEAU LASER SONT PRESENTES. UNE ETUDE SPECTROSCOPIQUE DE LA FLUORESCENCE DE LA FIBRE DURANT L'IRRADIATION A PERMIS DE CARACTERISER LES CENTRES COLORES RESPONSABLES DE LA MAJEURE PARTIE DES PERTES D'ENERGIE AU COURS DES TIRS LASER. L'ETUDE EXPERIMENTALE DE LA TRANSMISSION A MIS EN EVIDENCE L'INFLUENCE DES PARAMETRES DE LA SOURCE LASER (FREQUENCE, ENERGIE, DUREE D'IMPULSION) SUR LES PERTES ENERGETIQUES. UN MODELE NUMERIQUE CALCULANT LA VALEUR DE LA TRANSMISSION AINSI QUE DE LA CONCENTRATION DES CENTRES COLORES DANS LA FIBRE, EN FONCTION DES PARAMETRES LASER, A ETE DEVELOPPE AFIN D'INTERPRETER LES RESULTATS EXPERIMENTAUX. UN CHOIX OPTIMUM DES PARAMETRES DE LA SOURCE LASER EST DETERMINE EN VUE DES APPLICATIONS INDUSTRIELLES. UNE DERNIERE PARTIE EST CONSACREE A L'APPLICATION INDUSTRIELLE. ELLE PRESENTE LA REALISATION ET L'ETUDE D'UN TRANSPORT DE L'ENERGIE LASER PAR UN FAISCEAU DE FIBRES. ENFIN, LE SYSTEME COMPLET DE NETTOYAGE EST DECRIT ET LES RESULTATS DU RENDEMENT ENERGETIQUE SONT DONNES.
Author: Patrick Vigliano
Author: Patrick Vigliano
Author: Claude Lefauconnier
Author: Evelyne Carrer
Author: Christophe Dumas
Author: GERBET D.
Author: GILLES.. RIAZUELO
Author: Anne-Sophie Gouillon
Author: Florence Rigal
Author: Jean-Philippe Ayanides
Author: ANNE-SOPHIE. GOUILLON