Projet ANR-13-JS04-0009 – RAMANEXT : Spectroscopie RAMAN EXTérieure de Matériaux en milieux extrêmes naturels et d’usages
Programme : JCJC - SIMI 4 - Physique des milieux condensés et dilués (JCJC SIMI 4) 2013
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Monsieur Guillaume GUIMBRETIÈRE (Centre National de la Recherche Scientifique-Conditions extrêmes et matériaux : haute température et irradiation)
Partenaires : Conditions Extrêmes et Matériaux : Haute Température et Irradiation
Montant : 292220.0 euros
Durée : 42 mois
Résumé : Dans divers domaines (volcanologie, ressources géothermiques, industrie de la céramique, des verres, énergie nucléaire, etc ...), de nombreux matériaux, sont exposés à de très hautes températures. Par conséquent, pour une meilleure compréhension des phénomènes naturels liés à l'activité géologique profonde, ou bien des processus industriels d'élaboration ou d’usage des matériaux, des caractérisations directement sur-site à haute température sont indispensables.
En raison de l'évolution instrumentale récente et des progrès réalisés dans l'optoélectronique, les techniques de caractérisation optiques telles que les spectroscopies lasers (Raman, fluorescence, ...) peuvent être mise en œuvre via des instruments portable permettant des caractérisations de terrain. Les spectroscopies lasers sont donc particulièrement adaptées en raison de leur polyvalence, de leur très haute portabilité et permettent de sonder de nombreuses propriétés des matériaux.
Le laboratoire CEMHTI (Orléans), est bien connu dans la caractérisation des matériaux exposés à des conditions extrêmes de haute température et d'irradiation. L’intérêt de mesures in-situ en laboratoire n’est plus à prouver comme l'illustre l’equipex PLANEX (planète expérimentale: analyse in situ dans des conditions extrêmes) ou bien le projet ANR RAMIRIS (Raman in situ sous irradiation) (2007 - 2010), tous deux localisés à Orléans. Toutefois, ces évolutions ne concernent que les mesures in-situ de laboratoire donnant des informations sur des objets modèles et nécessitant alors d'être confrontées à des mesures sur-site (objets réels). Dans ce cadre, le projet RAMANEXT porte sur la mise en œuvre de la spectroscopie Raman à distance, sur-site, pour la caractérisation dynamique et spatiale des matériaux à haute température. Les implications de RAMANEXT sont clairement  multidisciplinaires dans le sens où l'exposition de matériaux à haute température se trouve dans la nature et dans de nombreuses industries. Ici, comme tests de faisabilité sur site, nous avons prévu d'étudier: (i) Au CEMHTI, des matériaux industriels directement dans des fours standard, (ii) en collaboration avec le CEA Cadarache, une coulée de corium à 2500°C (mélange de combustible nucléaire et béton) (iii), en collaboration avec le laboratoire de Géosciences de l'université de La Réunion et de l'Observatoire du volcan du Piton de la Fournaise, des matériaux volcaniques chauds.
Effectuer des mesures Raman à distance sur site chaud n'est pas évident et nécessite un instrument performant et des procédures expérimentales rigoureuses. L'équipe du CEMHTI est experte en mesures Raman dans des conditions difficiles, et les collaborateurs externes introduits ci-dessus sont des experts dans leur domaine de recherche respectif (caractérisation du corium ou des matériaux volcaniques). Le futur spectromètre RAMANEXT est basé sur un instrument commercial sur lequel seront implémenté des fonctionnalités optionnelles: (i) laser pulsé technologie permettant de sondage de matériaux très chauds avec exposition à lumière du jour, (ii) spectroscopie de fluorescence, (iii) mesures de température par stokes/antistokes (iv) distances de travail intermédiaire ou lointaine. Par conséquent, un instrument très polyvalent combiné avec des méthodes statistiques multivariées d'analyse des données optiques, permettra une caractérisation sur site efficace et plurielle des matériaux à haute température.
Le projet RAMANEXT fut soumis sans succès l'année passée, et les commentaires des rapporteurs ont été pris en compte afin d'améliorer la qualité du projet 2013: En résumé, la technologie UV a été retirée, les applications élargies et sa durée augmentée. Finalement, le projet RAMANEXT est défini comme le développement expérimental d'un instrument et d’une méthode permettant des caractérisations sur-site à haute température. La validation sera effectuée via des campagnes de mesures sur site  (verres, céramiques, du corium et des matériaux volcaniques).