Chaque année, des étudiants de maîtrise de Mécanique de l’UVSQ font un stage de deux mois au sein du DAFE à Chalais-Meudon.

En janvier-février 2004, Damien Le Pape et Kathleen Rougier, étudiants de maîtrise à l’UVSQ, ont effectué un stage avec Thierry Pot, ingénieur de recherche et chef de la soufflerie hypersonique R5Ch du centre ONERA de Chalais-Meudon.

Ce stage concernait des visualisations d’écoulement à effectuer dans la soufflerie hypersonique R5Ch de l’Onera. Il s’agit d’une soufflerie basse densité (r = 4 10-4 kg/m3) délivrant un écoulement à Mach 10 (1,5 km/s) pour des durées de rafale d’une minute environ. Cette soufflerie est destinée à l’étude des phénomènes aérothermiques qui se produisent lors d’une rentrée atmosphérique.

Compte tenu de la faible densité de l’écoulement délivré par cette soufflerie, la technique de visualisation la plus indiquée est la Fluorescence par Faisceau d’Electrons (FFE). Aussi dès sa mise en service en 1990 la soufflerie a été dotée d’un canon à électron conçu à l’Onera. Ce dispositif de visualisation a équipé la soufflerie jusqu’en 2003. Depuis l’année dernière, un nouveau canon à électrons, à émission secondaire, de conception plus simple que le précédent et donc plus fiable, est désormais utilisé. Il a été fabriqué entièrement à l’Onera. C’est la mise en service de ce nouveau canon à électrons qui a constitué le stage des étudiants de l’UVSQ.

La technique de visualisation FFE repose sur la production d’électrons au moyen d’un tube cathodique, nommé canon à électrons. Ces électrons ionisent les molécules d’azote de l’écoulement d’air, créant des ions N2+ qui se désexcitent de manière quasi-immédiate radiativement en émettant chacun un photon. C’est cette lumière naturelle qui permet la visualisation des différentes zones de densité de l’écoulement, la fluorescence étant d’autant plus importante que la densité du milieu est élevée. De ce fait les ondes de choc, qui sont des sauts brusques de densité, sont parfaitement visualisées par cette technique ainsi que le montrent les images présentées :
La figure 1 est relative à une intersection de choc. Le vent venant de la gauche, un premier choc oblique prend naissance sur le bord d’attaque du dièdre et percute le choc détaché qui se forme en amont du cylindre circulaire vu de côté placé perpendiculairement à la direction du courant d’air amont. Il en résulte une interférence de choc caractérisée par le dédoublement du point d’intersection. Cette image a été réalisée dans le cadre d’une étude fondamentale visant à étudier les problèmes de surflux thermique au niveau des entrées d’air d’un véhicule hypersonique (Programme pour la Propulsion Hypersonique Avancée [PREPHA]).

La figure 2 montre le choc détaché qui se produit devant le satellite du programme « Mars Sample Return », projet franco-américain qui consiste en le retour d’échantillons martiens. L’originalité de ce projet résidait, entre autres, en la phase de freinage aérodynamique (aerobreaking), pour ralentir le satellite avant de le satelliser autour de la planète Mars. Les essais de faisabilité réalisés à l’ONERA pour le compte du CNES avaient pour but de vérifier la protection offerte par le bouclier thermique à la charge utile lors de cette phase d’insertion dans l’atmosphère martienne.

Bruno Chanetz - Professeur associé à l’UVSQ
Directeur adjoint du Département d’Aérodynamique Fondamentale et Expérimentale (DAFE) à l’Office National d’Etudes et de Recherches Aérospatiales (ONERA)