Nouvelle technique de mesures de la conductivité thermique et de la capacité calorifique du Nickel par la lévitation électromagnétique

Alimata DIARRA^1*, Jacqueline ETAY², Annie GAGNOUD², Christian GARNIER^2,3, Stéphane MASSUCCI^{2, 3}, Mazen ALAMIR³, André SULPLICE⁴, Sophie RIVOIRARD⁴

¹FAGES-Université de Ségou, Ségou-Sébougou-RN 6/BP 24, Mali

²Laboratoire SIMAP, F-38000 Grenoble, France,

³ Laboratoire GIPSA-LAB, F-38000 Grenoble, France,

⁴ Institut Néel, F-38000 Grenoble, France,

*Auteur correspondant : alimatadiarra30@yahoo.fr

Résumé

La lévitation électromagnétique des métaux est une technique pour mesurer leurs propriétés thermo-physiques telles que : la densité, la capacité calorifique, la conductivité thermique, la viscosité, la tension superficielle… Les expériences menées en microgravité sur des charges liquides sont très coûteuses financièrement et demandent un temps de travail très long.

Une nouvelle technique de mesure a été mise en place dans le laboratoire de Science et Ingénierie des Matériaux et Procédé de Grenoble en collaboration avec l’Institut Néel de Grenoble. Il s’agit du lévitateur électromagnétique placé dans un champ magnétique continu. C’est pour, à terme, diminuer les coûts tout en maintenant, voire améliorant la qualité des mesures que nous avons remplacé la microgravité par un champ magnétique continu qui va réduire le brassage électromagnétique à l’intérieur de la charge liquide lévitée.

Nous avons effectué des expériences par le procédé de la calorimétrie modulée au cours desquelles nous avons mesuré puis enregistrer en fonction du temps, des températures, des courants et des fréquences dans un logiciel d’acquisition des données appelé LabView. A l’aide d’un protocole de traitement des données écrit sous le logiciel Matlab, nous avons pu déterminer la capacité calorifique et la conductivité thermique du nickel à l’état solide et à l’état liquide. Nous avons par la suite comparé les résultats expérimentaux aux données de la littérature. Ce qui nous a permis de valider le protocole de traitement des mesures.

Mots-Clés : Lévitation électromagnétique, modulation calorimétrie, capacité calorifique, conductivité thermique

Abstract

Electromagnetic levitation of metals is a technique for measuring their thermophysical properties such as density, heat capacity, thermal conductivity, viscosity, surface tension, etc. Experiments conducted in microgravity on liquid loads are very costly and require a very long time. A new measurement technique has been implemented in the Materials and Process Science and Engineering Laboratory in Grenoble in collaboration with the Neel Institute in Grenoble. This involves an electromagnetic levitator placed in a continuous magnetic field. To ultimately reduce costs while maintaining or even improving the quality of the measurements, we replaced microgravity with a continuous magnetic field, which will reduce electromagnetic mixing within the levitated liquid load. We conducted experiments using the modulated calorimetry process, during which we measured and then recorded temperatures, currents, and frequencies as a function of time in a data acquisition software program called LabView. Using a data processing protocol written in Matlab software, we were able to determine the heat capacity and thermal conductivity of nickel in the solid and liquid states. We then compared the experimental results with data from the literature. This allowed us to validate the measurement processing protocol.

Keywords: Electromagnetic levitation, modulation calorimetry, heat capacity, thermal conductivity

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