Projet ANR-07-BLAN-0305 – Rayhen : Rayonnement des gaz à haute enthalpie présents dans les entrées planétaires
Programme : Blanc (BLANC) 2007
Année de financement : 2007
Coordinateur du projet : CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE ILE-DE-FRANCE SECTEUR OUEST ET NORD (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE ILE-DE-FRANCE SECTEUR OUEST ET NORD)
Partenaires : Centre national de la recherche scientifique; Centre national de la recherche scientifique; Centre national de la recherche scientifique; Office national d'études et de recherches aérospatiales
Montant : 450000.0 euros
Date de début : 2007
Durée : 36 mois
Résumé : Le projet porte sur l'étude du rayonnement émis par les gaz chauds entourant un engin pénétrant dans l'atmosphère d'une planète. Lorsque l'engin pénètre dans une atmosphère de planète à grande vitesse, il se crée à l'avant de l'engin une onde de choc qui porte les gaz à des températures très élevées et provoque ainsi des processus réactifs et en particulier des processus de dissociation et d'ionisation. Le milieu étant à basse pression en haute altitude, il n'y a pas suffisamment de collisions pour ramener le système à l'équilibre thermodynamique. Le milieu est hors équilibre chimique mais également hors équilibre pour les degrés de liberté internes électronique et vibrationnel pour les molécules. -  La présence de gaz chauds induit un flux convectif à la paroi de l'engin ainsi qu'à un flux radiatif. La connaissance de ces flux est indispensable pour dimensionner la protection thermique de l'engin qui doit satisfaire à deux contraintes : assurer l'intégrité de l'engin et être la plus légère possible. Les études effectuées les quarante dernières années, n'ont généralement pas eu besoin de prendre en compte le flux radiatif car les entrées se faisaient à des vitesses relativement basses inférieures à 8 km/s. Les missions actuelles envisagent des entrées à des vitesses élevées, supérieures à 11km/s. A ces vitesses, le flux radiatif devient prépondérant devant le flux convectif. La prise en compte correcte du rayonnement et du transfert radiatif qui va avoir lieu dans la couche de choc nécessite de développer des études fondamentales car les phénomènes intervenants sont complexes. Nous proposons de nous intéresser au cas de l'entrée dans l'atmosphère martienne correspondant à plusieurs missions programmées dans le futur, et au cas de la rentrée terrestre correspondant au retour sur terre de certaines de ces missions. Pour développer des outils fiables de prédiction des flux radiatifs, différentes étapes sont nécessaires : -  Il faut tout d'abord connaître les caractéristiques spectroscopiques de toutes les espèces présentes dans le milieu (atomes, molécules, ions) susceptibles d'émettre ou d'absorber un rayonnement et ceci sur une large gamme spectrale allant de l'infrarouge (IR) à l'ultraviolet lointain (VUV). Une base de données exhaustive va être construite de façon théorique. Les données disponibles pour la valider étant parcellaires, nous proposons des mesures de spectres dans différentes conditions thermophysiques en insistant sur deux zones spectrales très peu étudiées jusqu'à présent, l'infrarouge et le VUV. -  Pour calculer les flux émis ou absorbés, il est nécessaire de connaître la répartition de population sur les niveaux d'énergie des espèces émettant ou absorbant. Cette répartition dépend des différents phénomènes collisionnels et radiatifs responsables des réactions chimiques ou de la relaxation des modes internes. Nous proposons une étude de ces modèles cinétiques avec deux objectifs en vue. Il s'agit d'une part d'obtenir les modèles cinétiques les plus précis possibles qui rendent compte des différentes informations disponibles par ailleurs (temps de relaxations, études expérimentales en tube à choc, données diverses obtenues sur des engins modèles, ...). Il s'agit d'autre part, de proposer, sur la base des modèles développés précédemment, des modèles cinétiques simplifiés qui puissent être inclus dans un code complexe de dynamique des fluides. Les cinétiques des mélanges N2-O2 ou CO2-O2 étant encore mal connues, nous proposons des mesures sur des plasmas hors équilibre dans des dispositifs expérimentaux complémentaires. -  Enfin, pour calculer les flux radiatifs aux parois, il faut développer des outils numériques couplés de dynamique des fluides, de cinétique et de transfert radiatif. Les propriétés spectroscopiques détaillées ne peuvent être utilisées directement car trop coûteuses en temps de calcul. Des modèles approchés de propriétés radiatives adaptés au problème considéré seront développés. Un code de tran