Dispositif expérimental pour la mesure directe d’émissivité thermique spectrale directionnelle appliquée à des matériaux à changement de phase

Christophe Lucchesi1,⋆^{1,\star}, Agnès Delmas1^{1}, Etienne Eustache2^{2}, Guillaume Boudan3^{3}, Riccardo Messina4^{4}, Philippe Ben-Abdallah4^{4}
⋆^{\star} : christophe.lucchesi@insa-lyon.fr
1^{1} CETHIL
2^{2} Thales Research and Technology
3^{3} Thales Research and Technology; Laboratoire Charles Fabry, Institut d’Optique
4^{4} Laboratoire Charles Fabry, Institut d’Optique
Mots clés : rayonnement thermique; FTIR; métrologie; émissivité; changement de phase
Résumé :

Les matériaux à changement de phase permettent de contrôler le spectre du rayonnement thermique par un simple changement de température. L’idée de ce travail est de tirer parti de la transition de phase du dioxyde de vanadium () afin de créer une structure capable de passer d’une configuration faiblement émissive à basse température, à une configuration très émissive à haute température, soit l’inverse du comportement classique du . Ce changement de phase est réversible et se produit autour de la température de transition d’environ 68∘^{\circ}C avec un phénomène d’hystérésis.

Nous présenterons la méthode qui a été développée dans le cadre de ce travail, permettant la mesure directe de l’émissivité directionnelle spectrale de matériaux optiquement épais, pour des températures comprises entre 40 et 450 ∘^{\circ}C à des angles de 0∘^{\circ} à ∼80∘^{\circ}. L’accent est mis sur l’importance d’un étalonnage précis lors de mesures à basse température (<50 ∘^{\circ}C) et sur l’évaluation de l’incertitude, estimée entre 2 et 20% dans la meilleure et la pire configuration respectivement. Le rayonnement thermique partant de la cible est collecté par un dispositif optique et envoyé vers un FTIR effectuant des mesures spectrales dans la gamme 2 -25 μ\mum.

Seront également présentées des mesures d’émissivité spectrale directionnelle en fonction de la température, réalisées sur différents matériaux à base de dans la direction normale. Ces matériaux sont composés d’une couche mince de (70-80 nm d’épaisseur) déposée par ALD sur divers substrats (Si, /Si, saphir, Ge/métal) et recouverte d’une couche de germanium ( 450 nm) pour certains. Les résultats montrent clairement un changement réversible de l’émissivité spectrale en fonction de la température. Ce changement est soit positif (augmentation) soit négatif (diminution) en fonction de l’échantillon étudié, ouvrant la voie à de multiples applications. Des mesures directionnelles jusqu’à des angles de 80∘^{\circ} à partir de la normale à l’échantillon ont également été réalisées sur un substrat de afin d’illustrer les performances du dispositif expérimental.

Work In Progress