Spectroscopic plasma study of atmospheric re-entry using an inductively coupled plasma torch in a low pressure environment. (Mars and Earth)

La mise en œuvre de missions spatiales demande à développer de nombreuses technologies clés afin de surmonter certaines étapes cruciales. L’une d’entre elle concerne la rentrée atmosphérique : lorsque le véhicule pénètre dans la couche d’atmosphère, sa vitesse relative très grande par rapport au sol va engendrer des frottements importants ainsi qu’une augmentation de pression. L’énergie cinétique de l’objet va donc être transformée en énergie thermique et chauffer le gaz en formant une onde de choc. Les températures dépendent de la vitesse initiale, de la composition de l’atmosphère et de sa pression. Le gaz ainsi chauffé va s’ioniser et devenir un plasma, il va donc transférer sa chaleur au corps de la sonde non seulement par convection mais aussi par rayonnement. Afin de se protéger, le véhicule dispose d’un bouclier thermique pouvant résister aux phénomènes extrêmes rencontrés lors de la descente. Les contraintes supplémentaires vont imposer une géométrie particulière et un lourd bouclier. Ainsi l’objectif est d’avoir les protections les plus légères et efficaces possibles afin de permettre à la sonde de maximiser son emport en équipement scientifique. Pour cela, un des paramètres clés est de connaître le comportement et le rayonnement du plasma produit lors de la rentrée dans l’atmosphère. Cette thèse se positionne dans ce domaine d’étude: les expériences montées et réalisées ont pour objectif d’observer par moyens spectroscopiques un plasma correspondant à celui rencontré par les sondes spatiales.Many key technologies, to overcome some crucial steps, are needed for space missions. One of them concerns the re-entry: when the vehicle enters the atmosphere layer, its high velocity relative to the ground will generate significant friction and an increase in pressure. The kinetic energy of the object will be converted into heat energy and heat the gas forming a shock wave. Temperatures depend on the initial velocity, the atmosphere composition and its pressure. The gas is ionized and become plasma, it will therefore transfer its heat to the body of the probe not only by convection but also by radiation. To protect itself, the vehicle has a heat shield that can withstand extreme phenomena encountered during the descent. Additional constraints will impose a particular geometry and a heavy shield. So the goal is to have the lightest possible and effective protections to allow the probe to maximize its payload. For this, one of the key parameters is to know the behavior of the plasma and radiation produced during re-entry into the atmosphere. This thesis is positioned in this area of ​​study: experiments to create a re-entry plasma are intended to be observed by a spectrometer