Service des Basses Températures (SBT)
Directeur : Lionel DUBAND

Le Service des Basses Températures (SBT) développe une Recherche à caractère principalement technologique dans une large gamme de températures depuis 120 K jusqu’à la dizaine de millikelvins.

Les principales thématiques du Service sont les suivantes :

Ces thématiques s’inscrivent dans les missions du CEA et de la Direction des Sciences et de la Matière, avec une contribution importante au programme du Laser MégaJoule (LMJ), une contribution aux grands instruments de la Physique Fondamentale (CERN, Herschel, …) et une implication forte dans les programmes de la Fusion Magnétique (TS, JET, ITER, JT60 SA).

Le Service est constitué de 6 groupes (trois groupes "thématiques" et trois groupes "supports") :

En outre le SBT participe à l’ESEME. Le Service est associé à l’Université Joseph Fourier de Grenoble (UMR-E 9004 CEA-UJF). Il compte 52 permanents et une quinzaine de non-permanents (étudiants en apprentissage, doctorants et post-doctorants…)

 

SUJET DE THESES
Les dernieres publications du SBT

 

Maj : 20/02/2017 (40)

Sous thèmes
 
Groupes ou laboratoires
Responsable : Eric ERCOLANI
Mission  Le laboratoire L3C est constitué : d’un bureau d’études en conception mécanique et thermique destiné à concevoir les dispositifs expérimentaux du service.
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Responsable : Francois VIARGUES
Les activités du LCF sont tournées vers les recherches sur la fusion par confinement magnétique et la fusion par confinement inertiel.
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Contact : Patrick BONNAY
Mission L'activité électronique et instrumentation du SBT est d'assurer le support technique dans les domaines de la mesure et du contrôle associés à tous les dispositifs cryogéniques développés dans ce service.
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Responsable : Pascal ROUSSEL
Le rôle de notre laboratoire est d'approvisionner l'ensemble des utilisateurs du CEA , de l'ILL (Institut Laue et Langevin) ou de l'ESRF (European Synchotron Radiationen Facility) en fluides cryogéniques.
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Techniques
Voir aussi
Les tests de la série d'échangeurs de sous-refroidissement : Les tests de la série d'échangeurs de sous-refroidissement. Le SBT a la responsabilité de l'installation de test installée à Grenoble ainsi que les tests à basse température.
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Principaux résultats obtenus avec l’expérience Cryoloop : Mesure des pertes de pression : La figure ci-dessous compare les mesures de pression expérimentales aux différents modèles étudiés. Un modèle monophasique utilisant la vapeur seule permet d'estimer les pertes de pression à mieux que 30 %.
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Refroidir en dessous de 2.2K : L'hélium devient liquide en dessous de 4.2 K à pression atmosphérique. Si on pompe sur le bain liquide, on continue d'abaisser la température. En dessous de 2.
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Résultats complémentaires pour les fortes vitesses de vapeur : Instrumentation La mise en évidence de l'accroissement de l'échange thermique pariétal aux fortes vitesses de vapeur a nécessité le développement d'une nouvelle instrumentation.
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Technologie cryogénique pour le LHC :Superfluide en écoulement diphasique : Visualisation de l’écoulement de superfluide diphasique : Observation de manière non ambiguë du type d’écoulement (stratifié ou non, présence de vagues, absence d’ébullition en paroi, ressaut hydraulique,…).
Une Station d'Essai en Microgravité sous Champ Magnétique : Description de l'installation : L'installation est constituée (figure 2) d'un cryostat contenant la bobine immergée dans de l'hélium liquide à 2 K et d'une enceinte à vide contenant la cellule de condensation expérimentale.
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Une Station d'Essai en Microgravité sous Champ Magnétique : Quelques résultats obtenus : Etude de la transition de phase de l'hydrogène au point critique en microgravité Le point critique d'un fluide est un point au-delà duquel on ne peut plus distinguer la phase liquide de la phase vapeur. On a à faire à un fluide monophasique.
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Faits marquants
11 avril 2018
Contact : Sylvain Michaux
La loi de déformation de l’hydrogène solide, mal connue jusqu’à présent, a été déterminée par le SBT grâce à un appareil de mesure innovant.
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25 octobre 2016
Contact : François Bonne
Le SBT a développé une bibliothèque pour simuler les réfrigérateurs cryogéniques, de la compression chaude jusqu’à la cryodistribution.
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06 juillet 2016
Contact : Anthony ATTARD
L’Inac a terminé le développement de sa nouvelle génération de Centrale d’Acquisition Basses Températures Rapide (CABTR). Elles seront entre autres installées sur Iter.
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14 septembre 2015
Contact : Lionel Duband
Lionel Duband et son équipe sont lauréats du Prix William E. Gifford 2015 de la société américaine de cryogénie (CSA). Ce prix récompense le travail de l’équipe Artemis, du service des basses températures de l’Inac.
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10 juin 2014
Résumé du fait marquant Un petit cryo-réfrigérateur destiné aux applications spatiales a atteint, pour la première fois dans notre laboratoire, des températures inférieures à 4,2K (température de l'hélium liquide).
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02 février 2014
Born in 1967, Dr  Hab. Yves Samson was appointed director of Inac on October 1st, 2013.
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17 juillet 2013
Contact : Frederic Michel
La dix-septième réunion de coordination technique pour le projet de tokamak supraconducteur JT-60SA s’est déroulée à Grenoble au sein de l’INAC les 28 et 29 mai 2013.
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04 octobre 2011
The distribution of cold power in cryogenic systems is becoming increasingly important, in particular because of the replacement of cryogen baths by mechanical cryocoolers which are local cold sources. Two-phase systems (heat pipes) are good candidates to address this new problem.
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01 septembre 2011
JT-60SA is the future tokamak of the Japan Atomic Energy Agency (JAEA). Superconductive magnets will be used to confine the plasma. The fusion reactor is jointly constructed through the Broader Approach Agreement involving Europe and Japan and it shall be in operation in 2016.
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03 mai 2011
Contact: Lionel Duband
Gaze at the Eagle Nebula, close to the centre of our Galaxy. Star forming regions can be spotted in this picture (centre and left portion). According to astrophysicists, hundreds of stars are born here.
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02 avril 2011
Contact: Daniel Communal
In collaboration with SPrAM, SBT has developed a temperature sensor based on fluorescent nanocrystals and optical fiber for temperature measurements in the range 4-40 K.   This type of sensor is based on the fluorescence decay of nanocrystals. The decay time, i.e.
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01 octobre 2010
In collaboration with Institut Néel, ENS Lyon, LEGI and IRAMIS, an apparatus was developed at SBT for the study of turbulence in superfluid helium. Our measurements show that the mechanism of energy transfer follows the same Kolmogorov law as do the classical viscous fluids.
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02 septembre 2010
Contact : Christine HOA
La boucle HELIOS (Helium loop for high load smoothing) est  développée pour étudier le lissage des charges thermiques variables reçues par les systèmes cryogéniques des futurs réacteurs de fusion JT60-SA et ITER.
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15 juin 2010
Daniel Communal
En collaboration avec le SPrAM, le SBT a mis au point un capteur de température à base de fibre optique et de nanocristaux fluorescents.
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13 juin 2010
Pantxo Diribarne
Le SBT possède un grand réfrigérateur, dit « station 400W@1.
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11 juin 2010
Contact: Fanny Clavel - SBT
SBT has a refrigerator called the “400W@1.8K” test facility. One of the challenges facing this type of machine is to ensure stable operation under extreme thermal perturbations.
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20 janvier 2010
Didier Guillaume
09 décembre 2009
In our magnetic levitation facility OLGA, in a low magnetic field, we have observed a beautiful ferrofluid behaviour of liquid oxygen, close to its critical point.   Ferrofluids are liquids loaded with magnetic colloids.
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20 novembre 2009
Denis Chatain
18 octobre 2009
High-frequency pulse tube technology (30 ~ 50 Hz) meets space vibration and reliability requirements but, up until now, was restricted to temperatures greater than 35 K.
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06 juin 2009
Contact : Roser Vallcorba
The main aim of the ITER fusion process is to generate 500 MW of heat power for a period of several minutes, from a 50 MW power input source. The indispensable condition: "proper" cooling of several tens of kilometres of superconducting windings that confine the plasma.
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16 mai 2008
Jean-Marc Duval
Une équipe du SBT a achevé la réalisation d’un nouveau réfrigérateur spatial de la famille des tubes à gaz pulsé. Ce petit dernier répond aux spécifications de l’ESA exigeant une puissance de 300 mW à 30 K.
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16 avril 2008
Nicolas Luchier
En couplant son expertise dans les techniques d’adsorption et de désaimantation adiabatique, le SBT a réalisé un réfrigérateur léger atteignant 20 mK et capable de maintenir 45 mK pendant 80 minutes sous une charge de 5 µW.
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16 mars 2008
Denis Chatain
La cible cryogénique du LMJ, une microsphère de deutérium-tritium solide dans une membrane polymère maintenue à 18 K ± 2 mK, est entourée d’un écran thermique.
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16 décembre 2007
Lionel Duband
Le SBT vient de remporter l’appel d’offre de l’ESA concernant le développement de solutions de refroidissement continu à 50 mK.
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Publications HAL

Dernières publications SBT


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Thèses
3 sujets INAC/SBT

Dernière mise à jour : 19-06-2018


• Energie, thermique, combustion, écoulements

• Mécanique, énergétique, génie des procédés, génie civil

 

Confinement Inertiel dans des Cavités de Grande Taille

SL-DRF-18-0218

Domaine de recherche : Energie, thermique, combustion, écoulements
Laboratoire d'accueil :

Service des Basses Températures (SBT)

Laboratoire Cryogénie Fusion (LCF)

Grenoble

Contact :

Jérome DUPLAT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2017

Contact :

Jérome DUPLAT

Université Grenoble Alpes - DRF/INAC/SBT/LCF

04 38 78 64 89

Directeur de thèse :

Jérome DUPLAT

Université Grenoble Alpes - DRF/INAC/SBT/LCF

04 38 78 64 89

Dans le cadre de l'utilisation du confinement inertiel pour produire les conditions de la fusion nucléaire, nous proposons d’étudier la dynamique de bulles sphériques de grande taille (centimétriques). On s’intéresse en particulier au cas où une cavité est placée en forte dépression au sein d’un liquide. On observe alors que la bulle s’effondre sur elle même, avec une très grande violence. Pour une cavité non vide, les éléments piégés sont très fortement comprimés. L’interface et l’ensemble du liquide ralentit, et son énergie (cinétique) est transférée au milieu composant la cavité. C’est le principe du confinement inertiel, exploité pour la réalisation des conditions thermodynamiques de la fusion nucléaire (projets Laser Méga Joule, National Ignition Facility), et à l’origine du phénomène de sonoluminescence.



Nous proposons de réaliser des expériences similaires, à grande échelle spatiale (quelques centimètres) et grande échelle temporelle (de l’ordre de la milliseconde), ce qui autorise une observation détaillée (notamment par imagerie rapide) des phénomènes hydrodynamiques intervenant dans le processus.



Grâce à l'application d'un champ magnétique, il est possible de compenser l'effet des forces de gravité dans l'oxygène liquide. Il est donc possible de créer une bulle au sein de ce liquide, qui soit sphérique et de grande taille initialement.



Le travail de thèse consistera d'une part à mener l'ensemble des investigations expérimentales et d'autre part à proposer des modèles afin de décrire le comportement hydrodynamique de la bulle (sous certaines conditions on observe le développement d'instabilités de l'interface) mais aussi l'état thermodynamique atteint : des expériences préliminaires indiquent que les gaz piégés dans la bulle atteignent des températures de plusieurs dizaine de milliers de Kelvin, ce qui provoque leur illumination spontanée.

Dans des conditions expérimentales mieux maitrisées, on espère dépasser largement ce 'record'.

Contribution à la modélisation thermique et dynamique d'écoulements oscillants appliqués au tube à gaz pulsé

SL-DRF-18-0851

Domaine de recherche : Energie, thermique, combustion, écoulements
Laboratoire d'accueil :

Service des Basses Températures (SBT)

Laboratoire Cryoréfrigérateurs et Cryogénie Spatiale (LCCS)

Grenoble

Contact :

Sylvain MARTIN

Shihe XIN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2018

Contact :

Sylvain MARTIN

CEA - DRF/INAC/SBT/LCCS

+ 33 4 38 78 31 71

Directeur de thèse :

Shihe XIN

INSA Lyon - CETHIL (UMR 5008 INSA/CNRS/UCBL) Groupe Transferts Convectifs

04.72.43.70.77

Le Service des Basses Températures (SBT) du CEA/INAC développe une recherche à caractère principalement technologique dans une large gamme de températures depuis 120 K jusqu’à la dizaine de millikelvins. Le CETHIL (unité mixte CNRS, INSA, UCBL) est de son côté expert en simulation numérique pour des systèmes mettant en jeu des écoulements couplés à des transferts thermiques.

Au sein du SBT, l’équipe LCCS (Laboratoire de Cryoréfrigérateurs et Cryogénie Spatiale) développe des systèmes de refroidissement de petites tailles pour une gamme de température entre 50 mK et 50 K. Parmi ces cryoréfrigérateurs, le tube à gaz pulsé est un développement important au sein de l’équipe. Basé sur le cycle thermodynamique de Stirling, ils permettent d’atteindre des températures allant de 4 K à 100 K avec de l’hélium. Ils sont utilisés dans des applications d’observation de la terre (type MTG, Met-image) à des températures de l’ordre de 50 K. Pour des missions d’observation de l’univers (ATHENA/X-IFU), un modèle opérant à 15 K a été développé et un prototype a démontré un fonctionnement à 4 K.

Au sein du CETHIL, l'équipe impliquée a une forte expertise dans la simulation numérique des transferts thermiques en milieu fluide. Elle utilise des codes CFD et a développé des codes internes de calculs dédiés à des études thermiques. L'équipe est également habituée à l'utilisation du calcul parallèle intensif.



Basée sur l’expertise des 2 laboratoires, l’objectif de la thèse est de développer un modèle de tube à gaz pulsé permettant de couvrir la gamme de fonctionnement entre 100 K – 4 K. Cela permettra d’avoir une meilleure compréhension des phénomènes en jeu et donc une amélioration plus rapide des performances. Pour cela, il faudra combiner des modèles thermiques à la dynamique des écoulements oscillants en prenant en compte les effets de gaz réels. Cet outil sera également très utile pour le dimensionnement de machines multi-étages (Bi-étagé, PT 15 K, …). Ce modèle sera ensuite évalué à partir de résultats expérimentaux obtenus précédemment au SBT mais également sur des bancs d’essais permettant de tester des sous-éléments du système pulse tube à développer pour les besoins de la thèse.



La thèse se déroulera à Lyon au sein du laboratoire CETHIL pour les aspects de simulation numérique et des périodes au SBT sont à prévoir lors des essais.



Le(La) candidat(e) recherché(e) doit être diplôme d’un master 2 ou d’une école d’ingénieur dans le domaine de la thermique, de la mécanique ou de l’énergétique. Il(Elle) doit impérativement présenter des connaissances en thermodynamique, transferts thermiques et en programmation avec un intérêt pour les machines thermiques et la physique.

Production de neutrons à haute brillance et courte durée par interaction laser-matière à très haute puissance sur une cible cryogénique

SL-DRF-18-0828

Domaine de recherche : Mécanique, énergétique, génie des procédés, génie civil
Laboratoire d'accueil :

Service des Basses Températures (SBT)

Laboratoire Cryogénie Fusion (LCF)

Grenoble

Contact :

Denis CHATAIN

Nicolas LUCHIER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Denis CHATAIN

CEA - DRF/INAC/SBT/LCF

04 38 78 50 28

Directeur de thèse :

Nicolas LUCHIER

CEA - DRF/INAC/SBT/L3C

0438783068

Les neutrons représentent un outil de sondage de la matière irremplaçable de par leur capacité à pénétrer des matériaux lourds et la possibilité d’exploiter des résonances de diffusion spécifiques. Les sources de neutrons utilisées aujourd’hui sont soit très compactes, mais avec des relativement bas flux, soit capables de générer des flux élevés, mais elles sont alors de grandes tailles (sur la base d’accélérateurs de particules) et leurs durées d’impulsion sont assez longues (µs), ce qui limite la résolution temporelle du sondage visé. De nouvelles perspectives sont offertes dans ce domaine par les lasers de haute puissance. En effet, il a été démontré que l’on pouvait, par l’interaction entre un laser et une cible convenablement adaptée, générer des flux intenses de neutrons avec des durées inférieures à la nanoseconde. Un point dur à valider est au niveau du taux de répétition de ces sources neutroniques, qui ont tout intérêt à s’adapter aux taux de répétition élevés (de l’ordre du Hz) des nouveaux lasers intenses.

La thèse propose de mettre ensemble le couple laser/cible optimal disponible à ce jour dans la perspective de réaliser une source de neutrons. En effet, deux laboratoires leaders mondiaux dans leur domaine : le LULI, coordinateur de l’installation APOLLON, spécialiste des grandes installations lasers et de l’interaction laser/plasma, et le SBT (Service des Basses Températures du CEA/Grenoble), inventeur de la cible « ELISE », cryostat délivrant des rubans d’hydrogène pour l’interaction laser/plasma se mettent ensemble pour développer et tester une source de neutrons basée sur l’interaction du faisceau du laser APOLLON avec une cible hydrogène (ou deutérium).

Le sujet consiste à caractériser et optimiser le ruban d’hydrogène, à mettre au point la mesure par imagerie neutronique, et à caractériser l’interaction laser/plasma pour établir au mieux les lois de génération de neutrons par laser. La thèse se déroulera d’abord au CEA Grenoble, puis au LULI, avec un co-encadrement des deux laboratoires. Les expériences ainsi réalisées devraient permettre de déterminer les caractéristiques que devrait avoir une source neutronique adaptée au contrôle non destructif.

Stages
Images
Les tests de la série d\'échangeurs de sous-refroidissement
Les tests de la série d\'échangeurs de sous-refroidissement
Etudes thermohydrauliques
Schéma de l\'expérience Cryoloop
Refroidir en dessous de 2.2K
Refroidir en dessous de 2.2K
Refroidir en dessous de 2.2K
Une Station d\'Essai en Microgravité sous Champ Magnétique : Description de l\'installation
Une Station d\'Essai en Microgravité sous Champ Magnétique : Quelques résultats obtenus
Une Station d\'Essai en Microgravité sous Champ Magnétique : Quelques résultats obtenus
Une Station d\'Essai en Microgravité sous Champ Magnétique : Quelques résultats obtenus
Etude de la transition de phase de l\'hydrogène sous vibrations
Etude de la transition de phase de l\'hydrogène sous vibrations
Etude de la transition de phase de l\'hydrogène sous vibrations
Etude de la transition de phase de l\'hydrogène sous vibrations
Condensation de vapeur d’eau atmosphérique (rosée)
Condensation de vapeur d’eau atmosphérique (rosée)
Cryogénie spatiale et cryo-réfrigérateurs
Cryogénie spatiale et cryo-réfrigérateurs
Principaux résultats obtenus avec l’expérience Cryoloop
Principaux résultats obtenus avec l’expérience Cryoloop
Cryogénie pour ITER
Cryogénie pour ITER
Technologie cryogénique pour le LHC :Superfluide en écoulement diphasique
Technologie cryogénique pour le LHC :Superfluide en écoulement diphasique
Résultats complémentaires pour les fortes vitesses de vapeur
Résultats complémentaires pour les fortes vitesses de vapeur
Banc de caractérisations de matériaux à basse température
Fluide en microgravité
Physique de l’ébullition
Physique de l’ébullition
Physique de l’ébullition
Physique de l’ébullition
Mouvement de la ligne triple sur une surface solide hétérogène en conditions du mouillage partiel
Fluides sous vibrations en apesanteur, région critique et supercritique, gravité artificielle
Fluides sous vibrations en apesanteur, région critique et supercritique, gravité artificielle
Fluides sous vibrations en apesanteur, région critique et supercritique, gravité artificielle
Station 400W/1.8K
Station 400W/1.8K
Turbulence superfluide : la robustesse de Kolmogorov
Validation du porte écran thermique pour le Laser MegaJoule
Oxygène liquide en microgravité
Ruban glacé de protons pour Spiral 2
Capteurs de température : en route vers la nanocryogénie ?
Cryotechnologies
Installation réussie de la boucle HELIOS
Installation cryogénique du Tokamak JT60-SA
Installation cryogénique du Tokamak JT60-SA
L’Inac termine le développement de ses nouvelles Centrales d’Acquisition Basses Températures Rapides
L’Inac termine le développement de ses nouvelles Centrales d’Acquisition Basses Températures Rapides
Service des Basses Températures (SBT)
Un jalon important dans le projet JT-60 SA
Un jalon important dans le projet JT-60 SA
ArTéMis, une nouvelle caméra pour le téléscope APEX
ArTéMis, une nouvelle caméra pour le téléscope APEX
New directors for Inac Institute, SBT and SPRAM laboratories
HELIOS SMOOTHES HOT FLASHES
HELIOS SMOOTHES HOT FLASHES
HELIOS SMOOTHES HOT FLASHES
A NANOCRYSTAL-BASED THERMOMETER
SAFARI CRYOCOOLER ON ITS WAY
SAFARI CRYOCOOLER ON ITS WAY
SAFARI CRYOCOOLER ON ITS WAY
CRYOGENIC PULSATING HEAT PIPE
PRESSURE UNDER CONTROL
PRESSURE UNDER CONTROL
PRESSURE UNDER CONTROL
PRESSURE UNDER CONTROL
SUPERFLUID TURBULENCE AND CRYOGENICS
20 KELVIN IN SPACE WITHOUT CRYOGENIC FLUID
20 KELVIN IN SPACE WITHOUT CRYOGENIC FLUID
20 KELVIN IN SPACE WITHOUT CRYOGENIC FLUID
BEAUTIFUL DIMENSIONAL EFFECTS REVEALED BY OLGA
THE ITER COLD EXPRESSED AS EQUATIONS
THE ITER COLD EXPRESSED AS EQUATIONS
Avancée clef dans le développement d\'une chaîne cryogénique sans bain d\'hélium pour les missions spatiales
« Je ne me sens pas chercheur, je suis technologue »
Lionel Duband reçoit le prix William E. Gifford de la société américaine de cryogénie
Bibliothèque Simcryogenics pour la  simulation de systèmes de réfrigération cryogénique
Laboratoire Réfrigération Thermohydraulique (LRTH)
Inauguration d’une salle d’intégration pour la cryogénie spatiale
Rhéologie de l’hydrogène solide à basses températures
   

 

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