RENVERSEMENT DES RAIES DU SODIUM

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Anglais line reversal temperature, brightness temperature
Allemand  
Ethymologie  
Champs d'application mesure optique de la température des gaz brûlés
Voir Absorption, chimiluminescence, émission, luminance, température
Liens  
Définition Mesure spectroscopique de la température d'un milieu, basée sur la comparaison, à l'équilibre thermodynamique local, entre l'émission et l'absorption d'un gaz traceur (le sodium) en fonction de sa température de luminance (température d'excitation électronique). La luminance (ou brillance) d'une source est la puissance émise à la fréquence optique par unité de surface et unité d'angle solide (W.m-2.sr-1). Lorsqu'on forme l'image d'une source élémentaire, la luminance est conservée (conservation de l'étendue géométrique d'un faisceau optique). Néanmoins la luminance d'une épaisseur homogène L de gaz, qui prend en compte l'émission et l'auto-absorption sur cette épaisseur, s'écrit Bo(,T)(1(- exp(-KL)), où Bo(,T) est la luminance du corps noir à la température T pour la fréquence optique et K est le coefficient d'absorption des gaz. Cette relation ne s'applique qu'aux espèces dites "équilibrées" pour lesquelles la distribution des populations entre les niveaux d'énergie concernés n'est régie que par les collisions selon la statistique de Boltzmann, à l'exclusion de tout autre mécanisme. Les phénomènes de chimiluminescence étant prohibés, on utilise le plus souvent des traces d'un composé de sodium sur deux raies de résonance (1 = 589,0 nm et 2 = 589,6 nm) facilement observables au spectroscope.\\Le milieu est simultanément illuminé dans l'axe d'observation par le rayonnement spectralement continu d'une source de référence (idéalement un corps noir) de luminance propre Br(,Tr), dont on forme l'image dans la zone d'étude, puis sur la fente d'entrée du spectroscope. On utilise généralement une lampe à filament de tungstène étalonnée, dont on connaît la température de luminance Tr en fonction du courant d'alimentation. En traversant les gaz brûlés, ce rayonnement continu est atténué par l'absorption du milieu (et en particulier par celle du sodium) selon la loi de Beer-Lambert en exp(-KL), de sorte que la luminance totale observée à travers le spectroscope s'écrit B() = Bo(,T)(1(- exp(-KL))(+ Br(,Tr)( exp(-KL). Si on ajuste le courant d'alimentation de la lampe pour que Br(,Tr) = Bo(,T), la luminance observée B() = Bo(,T) apparaît comme un spectre continu. Ce critère très sensible (+/- 10 K) de disparition des raies permet, via l'étalonnage de la lampe, de déterminer la température moyenne des gaz brûlés dans la zone observée. Si le courant dans le filament est trop faible, la présence de sodium se manifeste par une brillance accrue aux longueurs d'onde 1 et 2 de résonance. Si le courant est trop fort, on y observe au contraire des brillances atténuées.\\La température ainsi mesurée dans les flammes est généralement inférieure à la température calculée (ΔTT0.05ΔTT≅0.05). Outre le défaut d'adiabaticité de la combustion (rayonnement...), cet écart peut être imputé au temps de mise à l'équilibre thermique du traceur et à de légères perturbations chimiques (chimiluminescences) des populations spectrales du sodium. Par ailleurs la méthode de mesure suppose que la température soit homogène dans le volume observé.
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