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RÉSUMÉ
Cet article traite des configurations spécifiques de systèmes et des principes physiques particuliers utilisés en cryogénie pour obtenir de très basses températures, inférieures à -100°C. La liquéfaction de gaz, comme l'air et l'hélium, reste le procédé le plus courant mais on peut également avoir recours aux propriétés thermomagnétiques de certains matériaux. Les perspectives pour la production générale de froid, pas seulement en cryogénie, sont également évoquées dans cet article.
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Michel FEIDT : Professeur émérite - Université de Lorraine, France
INTRODUCTION
Cette étude s’intéresse tout particulièrement à la production et à l’utilisation des très basses températures typiquement inférieures à 100 °C ; le domaine considéré est classiquement appelé cryogénie.
Pour les obtenir, il faut soit recourir à des techniques différentes de celles imposées dans les deux articles précédents Production de froid et revalorisation de la chaleur : principes généraux [BE 8 095]et Production de froid et revalorisation de la chaleur : machines particulières [BE 8 096], soit faire appel à de nouveaux principes physiques. Les deux approches sont examinées dans le présent article.
On remarque ici que la revalorisation de la chaleur à haute température, qui est le pendant de la cryogénie, reste un domaine peu exploré qui mériterait sans doute plus de considération ; ce sujet n'est qu’évoqué ici, pour préserver la symétrie formelle et fera l'objet d'un autre article à venir.
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- Version archivée 1 de oct. 1998 par Michel FEIDT
- Version archivée 2 de oct. 2005 par Michel FEIDT
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1. Domaine de température de la cryogénie
Dans le domaine de la cryogénie, l’accent est surtout mis sur la température, plus que sur le flux d’énergie transféré qui reste majoritairement très faible (prééminence de la variable intensive sur la variable extensive).
Le domaine de température est donné usuellement des environs de 100 K (au voisinage de la liquéfaction de l’oxygène ou de l’air, à pression atmosphérique) jusqu’à 20 nK, température atteinte par Lounasmaa en 1983 par désaimantation adiabatique nucléaire. Une expérience réalisée en 1990, par des chercheurs de l’École normale supérieure (ENS) de Paris a permis de gagner un ordre de grandeur par rapport à ce résultat (2 nK). En novembre 2003, le record semblait être de 450 pK : cette température, obtenue par des physiciens du Massachusetts Institute of Technology (MIT), nécessite de ralentir le mouvement des atomes, en l’occurrence un nuage de sodium, par action simultanée de champs magnétiques et gravitationnels. Sans doute, ce record a-t-il été amélioré depuis, vu les enjeux théoriques, mais aussi industriels, notamment l’amélioration des horloges atomiques. L’utilisation de photons émis par laser a permis à l’équipe du professeur Aspect, d’obtenir 2 µK, par interaction entre les photons et une vapeur d’hélium confinée. Cette expérimentation délicate ouvre de nouvelles perspectives pour les études de supraconduction et de superfluidité.
De façon naturelle, la température la plus basse est celle qui correspond au rayonnement cosmique dans lequel baigne l’univers (environ 2,7 K).
D’un point de vue fondamental...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - HÉBRAL (B.) - Cryogénie. - Archives [B 2 380A], Techniques de l’Ingénieur (1993).
-
(2) - LOUNASMAA (O.V.) - Cryogenics. - Volume : 22 Issue : 5 Pages : 213-223 (1982).
-
(3) - * - Science et Vie. - P. 12 (nov. 2003).
-
(4) - LALLEMAND (A.) - Machines à froid et pompes à chaleur. - Ellipses, Paris (2015).
-
(5) - LI (R.), GROSU (L.) - Parameter affect analysis for a Stirling cryocooler. - International journal of refrigeration 80 92-105 (2017).
-
(6) - AHERN (J.E.) - Applications of second law thermodynamics to cryogenics. - A review. Energy Int. J., 5, 891-897 (1980).
-
...
ANNEXES
Conférence internationale de l'IIF sur la technologie de la cryogénie et du froid commissions A1, A2, C1 Romania, Bucarest june 22-25 2016 ISSN : 0151-1637
Congrès français de thermique société française des thermiciens (Marseille 30 mai - 2 juin 2017)
HAUT DE PAGE2.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs de matériels cryogéniques (liste non exhaustive)
Stirling Cryogénics BV, science park Eindhoven Pays-Bas
http://www.stirlingcryogenics.com
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