Suite à des incidents de départ de feu pendant le démantèlement d’installations nucléaires lors desdécoupes de métal a chaud, l’IRSN s’intéresse aux particules émises par les procédés de découpe etleurs effets potentiels de dégradation des barrières de confinement. L’insta1lation CAPIMIF a étédéveloppée pour reproduire des opérations de découpe de métaux représentatives de chantiers dedémantèlement. Afin de lui conférer un caractère semi analytique, cette installation a été automatisée et instrumentée avec des moyens de diagnostics permettant de caractériser en vol les particules, en termes de taille, de vitesse et de température. Les essais montrent que les particules dont la température est supérieure a 430 °C, dégradent le medium filtrant, pouvant ainsi le perforer ou diminuer localement son épaisseur, ce qui conduit à une baisse de son efficacité de filtration. Descorrélations empiriques ont été établies permettant de prévoir la perte d’efficacité de filtration. / Fire hazards while metal cutting on dismantling operations led IRSN to focus a study on incandescent particles emitted by these cutting tools and their impact on air filter. An experimentalsystem was designed, representative of dismantling operations with instrumentations adapted for inflight particles measurement, such as size, velocity and temperature. The particles are characterized from the emission source (automated cut-off grinder) and all along their path into the ventilation duct to their impact on a filter. The temperature of the particles, greater than 430 °C damages the filter medium, and may reduce the filter thickness or perforate it, which leads to a decrease of its filtration efficiency determined according to the French standard. Comparison between the characteristics of the particles and the filtration efficiency has permitted to establish empirical correlations in order to predict the loss of filtration efficiency versus the cutting parameters.

La simulation numérique du soudage peut être améliorée par une meilleure connaissance des propriétés thermophysiques des métaux à l’état liquide. Un approfondissement de cette connaissance requiert un dispositif capable de conditionner ces métaux à de très hautes températures en vue de les caractériser. Après un état de l’art sur les techniques de caractérisation adaptées à ces échelles de températures (chapitre 1), ce manuscrit détaille les travaux, principalement expérimentaux, dédiés aux développements d’un dispositif capable d’élever des métaux jusqu’à 2 500 °C (chapitres 3 et 4) et d’un pyromètre à cinq longueurs d’onde pour mesurer cette température (chapitres 2, 4 et 5). Le dispositif chauffe par induction une tour en graphite, le creuset étant placé en son centre, et a été dimensionné via une simulation magnéto-thermique 2D axisymétrique à l’aide du logiciel Comsol Multiphysics®. Parallèlement, le pyromètre a été développé dans le but de mesurer simultanément la température et l’émissivité. En l’absence de corps noir à hautes températures, plusieurs expériences ont été menées pour étalonner ce dernier ; elles ont été basées sur la mesure de la température de fusion/solidification de corps purs. En fonction de leur tenue et pour couvrir la plus large gamme de température possible, les métaux choisis sont le fer, le chrome, ou encore le niobium. Les expériences ont montré l’efficacité du pyromètre et la capacité maximale du dispositif hautes températures lors de la fusion du niobium à environ 2 500 °C. Enfin, le pyromètre a été utilisé lors d’une opération de soudage à l’arc, au cours de laquelle la température a été estimée sur une gamme de 1 000°C – 2 500°C. / Welding simulation can be improved by a better knowledge of molten metals thermophysical properties. This improvement requires characterization using a very high temperature apparatus. After portraying a state of the art on characterization technics adapted to this temperature range (chapter 1), this manuscript details works, principally experimental, dedicated to the developments of a device able to heat metals up to 2 500 °C (chapters 3 and 4) and of a five wavelengths pyrometer in order to measure this temperature (chapters 2, 4 and 5). The device heats by induction a graphite tower, the crucible being placed at its center, and has been dimensioned by a magneto-thermal 2D axisymmetric simulation using the Comsol Multiphysics® software. In parallel, the pyrometer has been developed in order to measure both temperature and emissivity. In the absence of a high temperature blackbody, several experiments were carried out for the calibration of it; they were based on the use of the luminance of pure metals at their melting point. In order to cover the largest temperature range possible, chosen metals were iron, chromium, and even niobium. These experiments showed the efficiency of the pyrometer and the maximal ability of the high temperature device during the niobium melting around 2 500 °C. Finally, the pyrometer has been used on an arc welding process, in which temperature has been evaluated over a 1 000 °C – 2 500 °C temperature range.

Les méthodes optiques passives de mesures de température comme la thermographie ou la pyrométrie optique sont intéressantes car elles permettent une mesure non intrusive de l’objet cible à condition de connaître le facteur d’émission. La connaissance de ce facteur est critique pour déterminer la température de surface par le rayonnement thermique émis dans un domaine spectral. Le pyromètre bichromatique impulsionnel permet de surmonter la connaissance de ce paramètre à condition que le choix des valeurs de longueurs d’onde soit fait avec précautions. Lorsque l’objet à mesurer est situé dans un environnement industriel, de telles méthodes optiques sont fortement perturbées par la présence d’un milieu optiquement absorbant. C’est également le cas pour des objets situés dans des environnements très chauds qui émettent d’intenses radiations interférentes. Dans cette thèse, nous présentons une méthode radiométrique active bichromatique pour mesurer la température d’une surface en milieu industriel. Cette méthode est basée sur une excitation locale par une source laser modulée dans l’infrarouge. La détection de la température qui est corrélé avec l’excitation permet d’extraire par détection synchrone le signal modulé noyé dans un bruit jusqu’à un million de fois supérieur. Travailler à courtes longueurs d’onde (domaine visible et proche infrarouge) offre une grande dynamique et minimise l’erreur induite par les variations d’émissivité avec la longueur d’onde. Ce système collecte le rayonnement émis par l’objet à distance, de quelques mètres à plusieurs dizaines de mètres selon la configuration du système optique. Le principe de la méthode de mesure, le système optique et l’appareillage sont présentés dans ce rapport ainsi que les études théoriques et expérimentales sur la sensibilité, sa calibration et les résultats obtenus sur différents sites industriels. / Optical passive methods of temperature measurements such as thermography or optical pyrometry are very interesting because they allow a non-intrusive measurement with the target object provided to know the emission factor. The knowledge of this factor is critical for determining the actual temperature of a surface from the thermal radiation emitted in a wavelength band. The bichromatic pulsed pyrometer allows to overcome the knowledge of this parameter provided that precautions are taken in the choice of the values of wavelengths. When the object to be measured is placed in industrial environments, such passive optical methods are greatly disturbed by the presence of an optically absorbing medium. It is also distorted for objects located in very hot environments emitting intense interfering radiation. In this thesis, we present an active bichromatic radiometric method for measuring the temperature of a surface in harsh environments. The method is based on a localized excitation by a modulated laser source in the infrared range. Detecting the temperature range which is correlated with the excitation allows a synchronous detection to extract the signal embedded in a noise up to 106 times superior. Working at short wavelengths (visible range and near infrared range) offers a large dynamic range and minimizes the error due to variations in emissivity with the wavelength. This system collects the radiation emitted by the object at a distance from a few meters up to dozens of meters depending on the configuration of the optical system. The principle of the measurement method, the optical wavelength separation system and the telemetry apparatus are presented in this report as well as the theoretical and experimental study of the sensitivity of the device, its calibration and the results obtained in different industrial sites.