Analyse des images PLIF-Al à haute cadence pour l'étude de la combustion de goutte d'aluminium en flammes de propergol solide

International audienceThe combustion of aluminum particles is a key factor for solid-propellant propulsion in terms of performance and stability. An automatic detection of droplets in Al-PLIF image was developed. The "Maximally Stable Extremal Regions" detection method is evaluated on two image sets previously obtained at 1.0 and 1.5 MPa. The method shows good detection performances compared to a set of Ground Truth images for both pressure levels. When applied to 3000-image series, more than 35000 objects were detected on LIF images. This is very promising for future statistical analysis of Al combustion based on Al-PLIF diagnostic.La combustion des particules d'aluminium est un facteur crucial pour la propulsion solide en termes de performance et de stabilité. Cette présentation expose nos travaux actuels sur la détection automatisée de gouttelettes sur les images acquises par fluorescence laser (LIF) de l'aluminium atomique. La méthode de détection MSER (Maximally Stable Extremal Regions) est testée sur deux séries d'images obtenues pour des combustions de propergols aluminisés à 1.0 et 1.5 MPa.De bonnes performances de détection sont obtenues comparées aux images "Vérité Terrain". Plus de 35000 objets sont détectés sur les images LIF. Ces premiers résultats de détection automatisé sont encourageants pour une prochaine analyse statistique des diagnostics LIF de la combustion des gouttes d'aluminium

Probing structural and electronic properties of h-BN by HRTEM and STM

International audienceAfter the discovery of graphene and its consequences in the field of nanoscience and nanomaterials, there has been a growing interest in 2D materials and also their vertical stacking due to unique properties and potential applications.[1] For instance, it was shown the transport properties of exfoliated graphene supported by hexagonal boron nitride (h-BN) could approach the intrinsic graphene limits.[2] Nevertheless, studying the structural properties of 2D materials and 2D heterostructures is crucial to understand their physical and chemical properties. Our motivations have been to exploit state of the art aberration-corrected high resolution transmission electron microscopy (HRTEM) and scanning tunneling microscopy (STM) to study the structure and electronic properties of graphene (G), h-BN and G/h-BN heterostructures. HRTEM analyses were conducted with a JEOL ARM microscope equipped together with a cold FEG, an aberration corrector for the objective lens and a One view camera (Gatan). Notably, we used high-speed atomic-scale imaging to study with unprecedented dynamics (up to 25 fps) the nucleation and growth mechanisms of triangular holes in h-BN under beam irradiation (Figure 1). The direct observation of B and N atom sputtering and surface reconstruction processes allow understanding how the triangular shape and orientation of holes are maintained during the growth. Interestingly, by studying the effects of the electron dose and the number of BN layers, we demonstrate that these atomic-scale processes are simultaneously driven by kinetic and thermodynamic effects. Further works are in progress to study the stability of h-BN/G stacking under electron-beam irradiation. STM analyses were carried out with low temperature STM at 4 K, on 2D heterostructures that consist in a few layers of graphene doped with nitrogen on thick exfoliated flakes of BN deposited on SiO 2. Remarkably, we show that STM allows identifying and characterizing ionization defects within the BN flakes below the graphene layers (Figure 2). This study opens new avenues to probe the electronic interactions between this two stacked materials

Comparison of ZrB2-SiC, HfB2-SiC and HfB2-SiC-Y2O3 oxidation mechanisms in air using LIF of BO2(g)

International audienceThe oxidation behaviour of ZrB 2-SiC, HfB 2-SiC and HfB 2-SiC-Y 2 O 3 is studied using the real-time Laser-Induced Fluorescence (LIF) detection of BO 2 (g) evaporated from samples heated up to 1873 K in dry air. For each composition, the relevant steps of oxidation (silica formation, volatilization, etc.) can be precisely determined. Moreover, the influence of composition on the oxidation behaviour, and more precisely on the B 2 O 3 /SiO 2 ratio in the glassy phase, can be understood and described by monitoring the LIF signal from the BO 2 (g) radical. Thus, this technique has confirmed the potential of the HfB 2-SiC-Y 2 O 3 composition as a Ultra High Temperature Ceramic (UHTC) material

Suivi de l'oxydation de ZrB2 et ZrB2-SiC par fluorescence Induite par Laser

International audienceIn this study, the Laser Induced Fluorescence (LIF) technique is used to detect BO2 radicals in the gas phase above heated ZrB2 and ZrB2-20 vol. % SiC samples in air, in order to provide an in situ and real-time monitoring of their thermal oxidation. Samples are heated up to 1923 K in air flow with a 2 kW CO2 laser. The BO2 fluorescence and the laser transmission signals are monitored throughout the temperature ramp. This technique allows to detect the key steps of the oxidation (silica formation,...) and to propose more precise oxidation mechanisms as a function of temperature.Dans cette étude, la Fluorescence Induite par Laser (LIF) est utilisée pour suivre des espèces gazeuses telles que BO2(g) émises lors de l'oxydation de matériaux tels que ZrB2 ou ZrB2-SiC. Des échantillons de compositions ZrB2 etZrB2-20 vol % SiC sont chauffés dans une enceinte spécifique à la pression atmosphérique, sous air et jusqu'à 1650°C grâce à un laser CO2 de 2kW.La LIF de BO2(g) est étudiée dans le système électronique A2u - X2g avec un laser d'excitation à 547nm et une détection de la fluorescence à 580nm. Les signaux de fluorescence et d'absorption enregistrés lors de la chauffe nous ont permis de détecter les étapes clés de l'oxydation comme, le début de l'oxydation de SiC, le remplissage de la couche vitreuse ou encore l'évaporation catastrophique de la couche vitreuse.Le signal LIF a été corrélé aux réactions possibles de B2O3 avec l'air. Ce diagnostic in situ nous a permis de proposer des mécanismes d'oxydation plus précis au cours de la montée en température

A Large Cystic Intrasellar and Suprasellar Tumor

In this study, we have developed a quantitative model of two-photon excitation and fluorescence spectra of carbon monoxide based on up-to-date spectroscopic constants collected during an extensive literature survey. This semi-classical model takes into account Hönl-London factors, quenching effects (collisional broadening and shift), ionisation and Stark effect (broadening and shift), whereas predissociation is neglected. It has been specifically developed to first reproduce with a high confidence level the behaviour of our experimental spectra obtained from laser-induced fluorescence measurements, and then to allow us to extrapolate the fluorescence signal amplitude in other conditions than those used in these experiments. Synthetic two-photon excitation and fluorescence spectra of CO were calculated to predict the fluorescence signal at high pressures and temperatures, which are representative of gas turbine operating conditions. Comparison between experimental and calculated spectra is presented. Influence of temperature on both excitation and fluorescence spectra shapes and amplitudes is well reproduced by the simulated ones. It is then possible to estimate flame temperature from the comparison between experimental and calculated shapes of numerical excitation spectra. Influence of pressure on both excitation and fluorescence spectra was also investigated. Results show that for temperature below 600 K and pressure above 0.1 MPa, the usual Voigt profile is not suitable to reproduce the shape of the excitation spectrum. We found that the Lindholm profile is well suited to reproduce the pressure-dependence of the spectrum in the range 0.1 to 0.5 MPa at 300 K, and 0.1 to 0.7 MPa at 860 K. Beyond 0.7 MPa, in this temperature range, it is shown that the Lindholm profile does no longer match the spectral profiles, in particularly the red wing. Further analyses taking into account the line mixing phenomenon at higher pressure are thus discussed.Dans cette étude, un modèle quantitatif de spectres d'excitation à deux photons et de fluorescence du monoxyde de carbone considérant les constantes spectroscopiques les plus récentes disponibles dans la littérature a été développé. Ce modèle semi-classique considère les facteurs de Hönl-London, les effets de quenching (élargissement et décalage collisionnel), l'ionisation et l'effet Stark (élargissement et décalage), la prédissociation est négligée. Il a été développé dans le but de reproduire avec un bon facteur de fidélité le comportement de nos spectres expérimentaux mesurés par fluorescence induite par laser, puis pour pouvoir extrapoler l'amplitude du signal de fluorescence dans d'autres conditions. Les spectres synthétiques d'excitation à deux photons et de fluorescence ont été calculés pour prédire le signal de fluorescence à hautes pressions et températures, qui sont représentatives des conditions d'opération de moteurs aérobie. La comparaison des spectres expérimentaux et calculés est présentée. L'influence de la température sur les amplitudes et les formes des spectres est bien reproduite sur les simulations. L'influence de la pression a également été étudiée. Les résultats montrent que le profil de Voigt n'est plus valide pour reproduire la forme du spectre d'excitation en dessous de 600 K et au dessus de 0.1 MPa. Nous montrons que le profil de Lindholm permet de reproduire la dépendance en pression du spectre de 0.1 à 0.5 MPa à 300 K, et de 0.1 à 0.7 MPa à 860 K. Au delà de 0.7 MPa et dans ce domaine de températures, le profil de Lindholm n'est plus valide, en particulier dans l'aile du profil vers le rouge. La nécessité d'analyses supplémentaires faisant intervenir le mélange de raies à plus haute pression est discutée

Détection de vapeurs atomiques métalliques par LIF : application à la propulsion solide

International audienceOn s’intéresse aux atomes métalliques comme traceurs fluorescents dans les écoulements des gaz de combustion de propergols solides. Les flammes de propergols composites génèrent un fond d’émission très important à cause des températures élevées et de l’incandescence des particules chaudes. Les pressions sont très élevées (>10 bars). Ces flammes sont très turbulentes. Les atomes Al et Fe naturellement présents dans ces écoulements font l’objet de notre étude de spectroscopie de fluorescence induite par laser (LIF). La technique de mesures par LIF est développée en laboratoire sur des cas tests expérimentaux. Les diagnostics LIF sont obtenus dans le panache de vaporisation d’une cible carbone-fer et dans une enceinte d’évaporation thermique de métaux. Nous utilisons deux types de laser à moyenne et haute cadence : laser KrF de large bande et laser à colorant fin spectralement. Les spectres de Fe et Al sont analysés par comparaison avec des spectres calculés afin de déterminer les paramètres collisionnels nécessaires à la quantification du signal LIF

In situ study of the oxidation of UHTC materials

International audienceThe Ultra-High Temperature Ceramics are a class of materials of growing interest. For applications like hypersonic flights, re-entry vehicles or propulsion, these materials are expected to sustain very high temperatures (>2000°C) in very corrosive and oxidizing atmospheres. Since more than a decade, Onera has carried out several activities on ZrB 2 and HfB 2-based UHTC materials from manufacturing to thermomechanical assessments and oxidation resistance understanding [1]. Oxidation behavior of this class of materials have been extensively studied demonstrating the formation of a multi-oxide scale composed of a MeO 2 skeleton and a glassy borosilicate layer at high temperatures [2, 3]. However, most of the studies dealing with UHTC oxidation are post-mortem studies, meaning that characterization of the sample is performed after the oxidation test. Thus, this study focuses on the development of a technique to study the real time oxidation behavior of the glassy layer formed on the surface of the materials. In this perspective, the Laser Induced Fluorescence (LIF) technique is used to probe BO 2 radicals in the gas phase above the heated sample in air atmosphere. ZrB 2-SiC and HfB 2-SiC-based UHTC materials were heated, with a 2 kW CO 2 laser, up to 1650°C in air flow at 1 bar, in a custom-made chamber equipped with fused silica windows for laser diagnostics. By monitoring the BO 2 fluorescence and the laser transmission signals throughout the heating ramp, insights on the thermal stability of the boria glassy phase (when SiC is not oxidized) and then of the borosilicate layer are given. These in situ diagnostics allow us to propose more precise oxidation mechanisms with temperature. Then, the results are compared to thermogravimetric analyses and finally, samples are characterized with SEM/EDS to confirm the oxidation mechanisms

圖書館統計標準之研究

International audienceLaser-induced fluorescence imaging of aluminum atoms (Al-PLIF) is used to analyze the spatio-temporal behavior of aluminized solid propellant combustion. Using alternating LIF and chemiluminescence emission images of the particles in the gaseous and liquid phase evolving close to and far above the dynamically varying propellant surface, sequences of images were recorded and analyzed. The good sensitivity achieved enabled us to track the dynamics of the flame in the vicinity of particles detected all along the flame extension and up to 1.5 MPa. Analysis of wide-field images enabled droplet velocity measurements due to the high LIF sampling rate (5 kHz). The observed typical plume structures were in good agreement with alumina-formation prediction and previous shadowgraphy visualization. High-resolution sequences of images showed gaseous distribution behavior around the molten particles. The Al vapor phase was thus found to extend between 3 and 6.5 radii around the particles. Particle detachment dynamics were captured just above the propellant surface.L'imagerie LIF (PLIF) des atomes d'aluminium est utilisée pour fournir la distribution spatiale des particules d'aluminium et la combustion du propergol solide aluminisé. L'acquisition de séquences d'images alternées en LIF et en émission est proposée afin d'interpréter la nature du signal et ses propriétés. La fluorescence de l'aluminium est détecté jusqu'à une pression de 1,5 MPa grâce à la bonne sensibilité, l'énergie laser et la haute cadence d'acquisition. L'analyse des images en champ large permet des mesures des profils de vitesses des gouttelettes. Une première analyse de la combustion est menée par un simple traitement manuel des images qui permet de révéler des structures typiques en relation avec la formation d'alumine. La faisabilité d'une analyse automatisée est démontrée qui peut fournir une statistique sur les diagnostics. L'imagerie de haute résolution permet de visualiser la distribution du gaz autour des gouttes d'aluminium. La vapeur d'aluminium est à une distance entre 3 et 6,5 rayons de la surface de la goutte

Analyse optique in situ de la phase gazeuse au cours du depot de carbure de silicium par decomposition thermique du melange methyltrichlorosilane-hydrogene

SIGLEAvailable at INIST (FR), Document Supply Service, under shelf-number : 190 A, issue : a. 1994 n. 4; T 91324 / INIST-CNRS - Institut de l'Information Scientifique et TechniqueFRFranc