Présentation
Auteur(s)
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Ai BUI : Directeur de Recherche au CNRS, Laboratoire de Génie Électrique à l’Université Paul Sabatier de Toulouse
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Bernard HÉBRAL : Directeur de Recherche au CNRS, Centre de Recherches sur les très basses températures, Laboratoire associé à l’Université Joseph Fourier de Grenoble
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François KIRCHER : Chef de groupe au Service Technique de Cryogénie et de Magnétisme du Centre d’Études Nucléaires de Saclay
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Yves LAUMOND : Chef du Service Technique du Département Électrotechnique Avancée de GEC Alsthom Belfort
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Marcel LOCATELLI : Ingénieur au Centre d’Études Nucléaires de Grenoble
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Jacques VERDIER : Ingénieur au Service des Basses Températures du Centre d’Études Nucléaires de Grenoble
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Lire l’articleINTRODUCTION
L’objet de ce premier article [B2380] est de montrer au lecteur, peu familier de la cryogénie, que les fluides ou les matériaux ont un comportement à basse température bien différent de celui connu à température ambiante. La dépendance en température ou l’apparition de phénomènes nouveaux sont souvent mises à profit par l’ingénieur pour assurer des fonctions spécifiques (isolation thermique, transport de chaleur ou d’électricité, etc.).
Ce document est complété par un formulaire rassemblant des figures et des tableaux auxquels les ingénieurs développant des applications cryogéniques pourront se référer.
L’ensemble Cryogénie comporte également un second article sur la mise en œuvre des basses températures Cryogénie : mise en œuvre des basses températures.
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Transferts thermiques2. Propriétés des matériaux
Les techniques de réalisation des matériels cryogéniques et la préparation d’ensembles expérimentaux aux basses températures mettent en œuvre des matériaux très variés : matériaux isolants, conducteurs, voire supraconducteurs électriques, matériaux de structure, etc. Par rapport aux conditions d’utilisation à température ambiante, l’ingénieur va se trouver confronté à une situation nouvelle : la très forte dépendance, en général, des propriétés des matériaux avec la température. La connaissance de ces comportements devient donc indispensable et c’est l’objet de ce paragraphe d’attirer l’attention du lecteur sur les aspects originaux de ces propriétés. Certaines peuvent apparaître peu favorables à une application technique et l’on doit alors les subir ; c’est aussi l’art de l’ingénieur ou du physicien de suggérer et d’exploiter des applications nouvelles dont la supraconductivité est, sans doute, à la source des plus spectaculaires.
le lecteur se reportera utilement aux ouvrages de base référencés dans la fiche documentaire.
2.1 Propriétés thermiques
Les propriétés thermiques sont associées aux vibrations des atomes autour de leur position d’équilibre, aux mouvements des électrons, etc. L’amplitude des vibrations diminue avec la température ; elles peuvent se propager à la vitesse du son et la propagation de ces vibrations est traitée comme celle d’ondes planes auxquelles on associe les phonons. On décrit ainsi les propriétés des matériaux isolants. Dans le cas des matériaux conducteurs, s’y ajoutent les déplacements d’électrons (chargés négativement) ou de charges positives (appelées trous ). D’autres effets peuvent aussi contribuer aux propriétés thermiques (caractéristiques magnétiques, état supraconducteur, etc.).
HAUT DE PAGE2.1.1 Capacité thermique massique
La figure 1 (en ) présente l’évolution de la capacité thermique massique jusqu’à 300 K pour divers matériaux couramment utilisés en cryogénie. En application...
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