Modelling and characterization of liquid materials at very high temperature [1500; 2500 °C] by electromagnetic induction and pyroreflectometry

Une méthode est proposée pour l’optimisation des mesures dans le domaine des très hautes températures, de 1500 à 2500 °C, en vue d’une application à la recherche expérimentale sur les accidents graves de réacteurs nucléaires. Cette approche se déroule selon trois axes : méthode expérimentale de la pyroréflectométrie, évaluation analytique des incertitudes, modélisation numérique des configurations expérimentales. L’évaluation de la température d’un matériau liquide à très haute température par pyrométrie optique est directement liée à la connaissance de son émissivité. Pour certains matériaux ou sous certaines conditions, l’émissivité peut être connue. Cependant, dans la plupart des cas et d’autant plus pour des liquides, l’émissivité n’est pas connue et peut varier significativement, qui plus est en présence de phases hétérogènes. La pyroréflectométrie permet de prendre en compte ces contraintes grâce à la mesure simultanée de la réflectivité et du rayonnement thermique. Après étalonnage et des réglages très précis, le pyroréflectomètre fournit une température pyroréflectométrique estimant la température vraie. Ces mesures sont comparées à celles obtenues par pyrométrie bichromatique ainsi que sur des matériaux présentant des points de référence connus, comme des températures eutectiques. Des résultats originaux ont été obtenus jusqu’à 2500 °C par pyroréflectométrie sur des métaux et des oxydes liquides. Une évaluation détaillée des incertitudes de mesures a été effectuée sur les températures et les réflectivités, où l’impact important de l’incertitude due aux étalonnages en température et en réflectivité est mis en évidence. Les configurations expérimentales sont modélisées analytiquement et numériquement afin d’établir la cartographie thermique, prédire les consignes d’essais et déterminer la sensibilité des différents paramètres. Un modèle a été validé expérimentalement avec le pyroréflectomètre sur des matériaux solides. Une évolut ion de ce modèle vers des configurations en phase liquide peut être envisagée.A method is proposed to optimize the measurements in the range of very high temperature, from 1500 to 2500 °C, in view of its application to nuclear reactors severe accident experimental research. This approach has been developed according to three topics: experimental method of pyroreflectometry, analytic evaluation of uncertainties, numerical modelling of experimental configurations. The temperature assessment of a liquid material at very high temperature by optical pyrometry is directly linked to the knowledge of its emissivity. For some materials or under some conditions, the emissivity may be known. However, in most cases and especially for liquids, the emissivity is not known and may vary significantly, especially in presence of heterogeneous phases. The pyroreflectometry allows to consider these constraints using simultaneous measurements of reflectivity and thermal radiation. After calibration and very fine settings, the pyroreflectometer delivers a pyroreflectometric temperature estimating the true temperature. These measurements are compared to those obtained by bichromatic pyrometry and on materials with specific reference points as eutectics. Original results have been obtained up to 2500 °C by pyroreflectometry on liquid metals and oxides. A detailed evaluation of uncertainties has been carried out on temperatures and reflectivities. The important impact of the uncertainty due to calibrations in temperature and reflectivity has been assessed. The experimental configurations are analytically and numerically modelled in order to establish the thermal cartography, to predict test instructions and to determine sensibility of different parameters. A model has been experimentally validated with the pyroreflectometer on solid materials. An evolution of this model towards configurations with liquid phases may be considered