DS0207 - Autre axe thématique

Confinement Inertiel par Effondrement de Cavité Centimétrique – IC4

Confinement Inertiel et Effondrement de Cavité Centimétrique

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Hydrodynamique et Thermodynamique du Confinement Inertiel

- Caractériser l'hydrodynamique du confinement inertiel d'une cavité vide par un liquide extérieur. Décrire la dynamique et la singularité de l'effondrement de bulle ainsi que le développement des instabilités à sa surface <br /> <br />- Caractériser l'état thermodynamique du milieu interne de la bulle, lors de sa forte compression par le confinement <br /> <br />- Obtenir des conditions thermodynamiques extrêmes (température de plusieurs dizaine de milliers de Kelvin)

Nos travaux se basent sur la réalisation et l'exploitation d'expériences.
Nous exploitons un processus original, permettant de créer des cavités sphériques quasi-vides au sein de différents liquides (eau, glycerol, oxygène).

Nous avons démontré que, dans le cas de bulles bidimensionnelle, les transferts de masse entre la bulle et ses parois étaient limitées par des processus diffusifs. Dans le cas 3D les transferts sont plus rapides, ce qui suppose l'existence d'un écoulement au sein de la bulle.

Sur le plan expérimental
- Réalisation d'expérience bien contrôlée en milieu cryogénique
- Développement de techniques spectrométriques adaptées

Ces travaux nous permettront d'améliorer notre compréhension des processus physiques

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Nous proposons d'étudier la dynamique du confinement inertiel : lorsqu'une cavité est placée en forte dépression au sein d'un liquide, elle s'effondre sur elle même, entrainant l'écoulement du milieu extérieur. La pression et la température interne sont alors susceptibles de s'élever fortement du fait de l'inertie mécanique du liquide. Ce procédé est exploité pour provoquer la fusion nucléaire du milieu confiné. Il est aussi à l'origine du phénomène de sonoluminescence.
Nous proposons un nouveau schéma expérimental, permettant de créer des cavités sphériques de grande taille (quelques centimètres) quasi vides, pour lesquelles le temps caractéristique d'effondrement est grand (quelques millisecondes) ce qui permet une observation directe des phénomènes en jeu. Une bulle contenant un mélange d'hydrogène, d'oxygène gazeux et d'un gaz inerte est formée au sein de différents liquides (eau, oxygène liquide, glycérol). On garantit que cette bulle est parfaitement sphérique en annulant les effets de la gravité (par compensation magnétique, ou en simulant une chute libre). On déclenche enfin la réaction de combustion, qui transforme le mélange initial en vapeur d'eau, laquelle vient se condenser sur les parois liquides de la bulle. La cavité ne contient plus alors que les gaz inertes, sur lesquels s'effondre la cavité. La pression et la température du milieu interne s'élevent alors fortement. Les objectifs du projet sont multiples. Il s'agit tout d'abord de déterminer les valeurs des température et pression atteintes au point de compression maximale, et d'étudier l'effet de l'ensemble des mécanismes intermédiaires.
En particulier, on cherchera à comprendre les mécanismes de transfert de chaleur et de masse à l'interface de la bulle qui déterminent la composition du milieu confiné. Ceux ci peuvent être favorisé par l'émergence d'instabilité induite par l'accélération de l'interface. On décrira également les mécanismes hydrodynamiques (instabilités de l'interface) susceptibles de réduire l'efficacité du processus. La bonne compréhension de ces aspects permettra d'améliorer les performances du processus et d'obtenir les conditions thermodynamiques les plus extrêmes possibles (en terme de température et de pression à l'instant de compression maximale). L'analogie hydrodynamique de notre processus avec le procédé utilisé dans les expériences pour la fusion par confinement inertiel, ainsi que l'analyse de processus de mélange induit lors du processus de condensation, permettront d'acquérir de nouvelles connaissances utiles pour la maitrise de ces processus de fusion.

Coordinateur du projet

Monsieur Jerome Duplat (Service des Basses Temperatures - Université Joseph Fourier Grenoble 1)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

UNIV CORIA Complexe de Recherche Interprofessionnel en Aerothermochimie
SBT - UJF Service des Basses Temperatures - Université Joseph Fourier Grenoble 1
IRPHE Institut de Recherche sur les Phenomenes Hors Equilibre

Aide de l'ANR 354 607 euros
Début et durée du projet scientifique : septembre 2014 - 48 Mois

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