Nous avons réalisé la mesure de conductivité thermique d’échantillons d’aluminium à des températures cryogéniques. Les caractérisations ont été effectuées sur des échantillons d’aluminium de type 3003 autour de 77K.

Les résultats montrent une forte variabilité de la conductivité à basse température en fonction des traitements thermiques subits par l’aluminium.

Il y a plus de 20% d’écart entre la conductivité de l’aluminium brut de laminage et l’aluminium ayant subi un cycle de recuit après brassage. En outre, il n’est pas possible de prédire le comportement thermique à basse température à partir d’une mesure à température ambiante.

I. Principe de la mesure

La mesure a été faite en régime permanent. Étant donnée la température, les échanges radiatifs sont négligeables et le travail sous vide poussé (10-5mBar) a permis de supprimer les échanges par convection ou conduction.

Le dispositif alimente en tension une résistance chauffante. On effectue les mesures pour différentes puissances pour obtenir plusieurs points permettant une régression linéaire qui nous amènera à déterminer la conductivité barreau étudié. L’expression de la conductivité thermique λ est la suivante :

Où L est la longueur du barreau, S sa surface (section du barreau), P la puissance relevée et ΔT la différence de température aux extrémités du barreau. On a tracé Δ𝑇 en fonction de P pour éliminer les écarts d’étalonnage des Pt100 et la puissance résiduelle apportée par l’environnement à température ambiante. La conductivité s’écrit alors :

Où Pente est la pente de la droite de régression du nuage de points de mesure Δ𝑇=𝑓(𝑃).

II. Dispositif expérimental

Le dispositif expérimental est présenté sur les figures 1 à 3. Le tableau 1 présente les légendes. Une résistance chauffante de 220Ω assure le chauffage avec un minimum de courant afin de réduire les fils de connexion. La mesure de la puissance se fait par un dispositif 4 fils. La mesure de tension se fait par un voltmètre Keithley, le courant un multimètre FLUKE 179. L’acquisition de température par une centrale de mesure FLUKE 2638A Hydra série III. L’enceinte est en aluminium. Une bride permet le raccordement à un système de pompage secondaire constitué d’une pompe turbo-moléculaire et une pompe à palette sèche.

Les échantillons sont des barreaux d’aluminium de type 3003 de section carré de 25mm de côté et de 100mm de long. Ces barreaux sont percés de deux trous de 1.6 mm de diamètre afin d’introduire deux Pt100 à 90mm de distance.

III. Résultats et conclusion

Les résultats montrent une forte variabilité de la conductivité à basse température en fonction des traitements thermiques subits par l’aluminium.

Il y a plus de 10% d’écart entre la conductivité de l’aluminium brut de laminage et l’aluminium ayant subi un cycle de recuit après brasage.