Chambre à brouillard
Présentation
Ce projet, intitulé “Construction d’une chambre à brouillard”, correspond à mon projet annuel de seconde année réalisé dans le cadre de notre formation d’ingénieur civil de l’École des Mines de Nancy au sein du département Matériaux. Avec 2 camarades, j'ai conçu, développé, fabriqué et présenté une chambre à brouillard, un appareil de mesure capable d'observer indirectement les trajectoires des particules provenant d'un objet radioactif. Au moment de son invention en 1912 par Charles Wilson, cet appareil servait dans la recherche de physique fondamentale. Aujourd'hui, les chambres à brouillard sont principalement utilisées dans des contextes éducatifs et pour des démonstrations publiques, offrant une expérience visuelle impressionnante.
Principe de fonctionnement
Une chambre à brouillard utilise le caractère instable d'une vapeur d'alcool pour révéler une trajectoire de particule. La chambre fermée contient une vapeur d'alcool instable et un échantillon de matière radioactive. Au passage d'une particule Alpha ou Bêta, la vapeur (invisible à l’œil nu) va être perturbée et va se condenser localement et instantanément, produisant une ligne de gouttelettes d'alcool. Ainsi, toute la trajectoire de la particule va devenir visible, révélant ainsi les émissions radioactives de certains matériaux.
Conception et fabrication
La phase de conception et de fabrication a duré environ 6 mois, pendant laquelle plusieurs petites phases de développement, tests et améliorations se sont succédées pour arriver au produit final. Nous avons voulu construire une chambre plus grande que celle que l'on trouve dans le commerce, tout en étant performante (temps de préparation avant observation court) et pratique à utiliser, tout ça dans l'objectif que l'école puisse la récupérer et l'utiliser les années suivantes. Pour parvenir à créer de la vapeur métastable, il faut la refroidir à une température inférieure à -25°C. Nous avons choisi d'utiliser des cellules thermoélectriques "Peltier", refroidissant ainsi la paroi inférieur de la chambre. Cependant, ces cellules possèdent une efficacité énergétique affreuse, elles produisent beaucoup de chaleur. Nous avons donc conçu un système de refroidissement à eau, similaire à ceux des ordinateurs haut de gamme. Nous avons ajouté un panneau de contrôle permettant à l'utilisateur de mettre en place l’expérience facilement et de surveiller la température de la chambre.
Tests finaux
Après plusieurs améliorations au niveau de la puissance de refroidissement, de l'isolation de la chambre et de l'éclairage, nous avons pu faire fonctionner et observer les fameuses trajectoires de particules issues de la radioactivité. L'échantillon utilisé est un barreau de tungstène thorié.
Présentation finale
Enfin, la dernière partie de ce projet a été de présenter notre création à la promotion des élèves de première année, dans le cadre de leur cours sur la stabilité de la matière.
Rapport détaillé
Pour en savoir plus sur ce projet et pour avoir davantage d'informations techniques, le rapport détaillé est disponible en téléchargement en bas de la page "Portfolio"