Résumé de la thèse
Les travaux concernent le développement d’un nouvel étalon de pression absolue de gaz dans une gamme allant de 200 Pa à 20 kPa (soit 0,002 atm à 0, 2 atm). La méthode utilisée repose sur la mesure de l’indice de réfraction d’un gaz noble pur (hélium-4 ou argon) à l’aide d’un résonateur hyperfréquence. L’indice est déterminé par le rapport des fréquences de résonance à vide et sous pression mesurées à température constante. Connaissant la température thermodynamique du gaz et son indice de réfraction, on peut en calculer la pression. Ce principe est la réciproque de celui utilisé pour la thermométrie à gaz à indice de réfraction (RIGT) dans laquelle la température thermodynamique est déterminée à partir de la mesure de l’indice de réfraction du gaz et de sa pression maintenue constante. Le modèle de balayage de fréquence et les algorithmes d’ajustement tirent parti des travaux antérieurs du laboratoire sur la détermination de la constante de Boltzmann en vue de la redéfinition des unités du SI de 2019. Pour l’hélium-4, les mesures ont été effectuées à une température de 5,4 K à l’aide d’un résonateur quasi-sphérique en cuivre dont la cavité est recouverte d’une couche supraconductrice de niobium de 3 μm d’épaisseur. La supraconductivité permet d’améliorer le facteur de qualité Q du résonateur et par voie de conséquence la résolution en fréquence du système. La détermination de la pression bénéficie des très faibles incertitudes des coefficients du viriel des propriétés thermophysiques de l’hélium-4 obtenues par des calculs ab initio. Les mesures à l’argon ont été effectuées à une température de 90,4 K avec un résonateur en cuivre (sans traitement supraconducteur). À cette température, l’expérimentation est moins exigeante en matière de cryogénie et est donc plus simple à dupliquer.
Mots clés
étalon de pression, calculs ab initio, cavité hyperfréquence, supraconductivité, indice de réfraction, métrologie, manométrie, thermométrie, coefficient du viriel, hélium, argon
Texte intégral
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