Méthodes et principe des mesures
Caractérisation d'un gaz confiné à l'aide d'un capteur acoustique - Application aux crayons combustibles nucléaires

Un capteur acoustique en forme de tuile est placé sur le crayon combustible au niveau du plenum (figure 4). Il doit être suffisamment petit pour passer entre les crayons de l'assemblage et doit fonctionner en présence d'eau car les mesures sont réalisées en piscine. En effet, lors du déchargement des assemblages, la cuve du réacteur est noyée (figure 1) et tous les assemblages sont transférés dans la piscine du bâtiment combustible (figure 2).

Le capteur génère une onde acoustique radiale qui excite le tube et le gaz. Ce capteur est constitué d'une céramique piézoélectrique (PZT), d'une couche de couplage (figure 4) et d'un dos. Expérimentalement, nous mesurons l'impédance électrique aux bornes du transducteur piézoélectrique. L'impédance électrique dépend principalement de l'impédance acoustique du système vue par la face interne du transducteur. Les mesures, dites « spectroscopiques », sont réalisées à l'aide d'une détection synchrone. Une autre possibilité est de travailler en régime impulsionnel, pour des mesures dites « échographiques », la tension aux bornes du transducteur étant acquise sur un oscilloscope (figure 5).

Sous l'action du transducteur ultrasonore, l'ensemble capteur et tube va rentrer en vibration (figure 6). Les modes de résonance de cette structure résultent du couplage entre les résonances du tube et du gaz. L'analyse modale d'une structure peut se faire à partir de l'impédance acoustique. L'impédance acoustique est définie comme le rapport de la pression acoustique p par la vitesse v des particules du fluide  :