Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Les mesures de caractéristiques d’écoulement par imagerie numérique simplifient l’opération de quantification de la lumière enregistrée. Après une première section consacrée à la dynamique des traceurs dans un écoulement, la vélocimétrie par images de particules (PIV) est abordée : principe, composants, etc. Par la suite, la stéréo-vélocimétrie par images de particules (SPIV) est à son tour détaillée, au travers de la reconstruction des trois composantes de la vitesse, ou encore de la configuration de prises de vues. Pour terminer, l’holographie numérique est abordée, grâce aux principes de l’holographie numérique de particules, aux algorithmes de traitement, etc. D’autres mesures dans un écoulement par tomographie laser viennent conclure cet article.
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Measurements of flow characteristics via digital imaging simplify the quantification process of recorded light. After the initial part dedicated to the dynamics of tracers in a flow, particle image velocimetry (PIV) is dealt with: principle, components etc. Stereo particle image velocimetry (SPIV) is then detailed via the reconstruction of the three components of velocity or the configuration of recorded images. To conclude, digital holography is dealt with, via the principles of particle digital holography, processing algorithms, etc. Other measurements in a flow using laser tomography conclude this article.
Auteur(s)
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Jean-Paul SCHON : Professeur à l’université Jean-Monnet de Saint-Étienne
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Thierry FOURNEL : Professeur à l’université Jean-Monnet
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Corinne FOURNIER : Maître de Conférences à l’Université Jean Monnet - Institut supérieur des Techniques Avancées de Saint Étienne
INTRODUCTION
Alors que la quantification de la lumière enregistrée, liée au noircissement des films ou des plaques photographiques, était très délicate, l’avènement de l’imagerie numérique a simplifié cette opération. Chaque photosite ou pixel du capteur matriciel associe un niveau de gris (généralement compris entre 0 et 255) fonction de l’éclairement reçu. La matrice ainsi formée est propice au traitement numérique des images. Bien qu’il existe déjà quelques applications utilisant la couleur, nous nous limitons dans ce dossier au cas des images noir et blanc. Notons cependant que la facilité d’utilisation de ces images ne doit pas faire oublier les défauts introduits par l’optique de prise de vue (aberrations géométriques, vignetage, etc.), la non-linéarité de la réponse des capteurs et la variation de cette réponse en fonction de la longueur d’onde de la lumière captée. Les capteurs actuels sont relativement stables dans le temps et la température influe surtout sur le bruit. Bien entendu, les images argentiques peuvent être numérisées et traitées comme les images directement numérisées au moment de l’acquisition.
Nous nous limitons dans ce dossier à des techniques de visualisation faisant intervenir le traitement d’images, en laissant de côté des techniques plus classiques comme la strioscopie et l’ombroscopie traitée dans le dossier Visualisations et mesures optiques en aérodynamique [5] ou dans la monographie de Mertzkirch [6]. Les techniques exposées sont la vélocimétrie par images de particules, l’holographie numérique et les visualisations quantitatives de caractéristiques globales d’écoulement. Dans ces techniques, les visualisations impliquent donc forcément la présence de particules dans l’écoulement, particules qui diffusent la lumière, diffusion qui permet de remonter à la mesure de certaines caractéristiques de l’écoulement. Les techniques locales ponctuelles utilisant elles aussi la diffusion de la lumière comme l’anémométrie laser doppler sont elles aussi hors du champ de cette étude.
Il se pose à la base le problème suivant : dans quelle mesure la vitesse des particules est elle confondue avec la vitesse de l’écoulement ? C’est un problème intrinsèquement complexe qui mérite d’être examiné dans chaque cas. Nous donnons quelques éléments permettant d’évaluer l’importance de ce problème.
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Dynamique des traceurs dans un écoulement6. Conclusion
Les techniques présentées dans cet article sont de toute évidence liées à la technologie du moment ; elles sont donc en évolution rapide. En PIV, la durée des calculs a été divisée par un facteur de l’ordre de 1 000 en 15 ans. C’est toujours l’évolution de la technologie qui a permis le développement de la stéréoPIV et aujourd’hui de la microholographie. Il est clair que bien d’autres voies que celles que nous avons exposées peuvent relever de la visualisation quantitative. Ainsi avec les méthodes interférométriques exposées dans Boutier et al. [5], les traitements se font maintenant de façon numérique.
Toutes ces méthodes permettent d’acquérir à des fréquences moindres une quantité d’informations instantanées qui est sans commune mesure avec celles obtenues au moyen des techniques de mesures antérieures. Les mesures de champs instantanés de vitesses en 2D et en 3D sont notamment très utiles à la validation des modèles de calculs sophistiqués utilisés actuellement. Ainsi, par exemple les techniques de simulation des grandes échelles nécessitent des mesures détaillées pour valider les hypothèses d’interaction entre les grandes et les petites échelles. Les images globales d’écoulement permettent elles des contrôles rapides de la qualité de ces écoulements.
Les limitations réelles de toutes ces techniques sont bien entendu liées à la physique des phénomènes. En particulier, les interactions particules – écoulement, particules – parois. La concentration de ces particules sont des problèmes encore très mal maîtrisés.
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Conclusion
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - DE VINCI (L.) - Dessins reproduits dans Frisch (U) Turbulence ; the Legacy of A.N. Kolmogorov - . Cambridge University Press (1995).
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(4) - MACH (L.) - Uber einen interferenz-Refraktor Z - . Instrumentenkd 12 89-93 (1892).
-
(5) - BOUTIER (A.), ROYER (H.) - Visualisations et mesures optiques en aérodynamique - . Techniques de l’Ingénieur, Mesures physiques, Visualisations et mesures optiques en aérodynamique, pp. R2160.1-R2160.26 (1998).
-
(6) - MERTZKIRCH (W.) - Flow Visualization - . Academic press (1987).
-
...
NORMES
-
Les lasers : risques et moyens de préventions - ND 2093 -
-
Équipement de protection contre les lasers - ND 2075 -
-
Point des connaissances sur les lasers - ED 5009 -
1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs
(liste non exhaustive)
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Dantec http://www.dantecdynamics.com/
Excel laser http://www.laserexcel.com/
Europulse http://www.euro-pulse.com/index_fr.htm
Es-France E2vtechnologies http://www.es-france.com/
Flir http://www.flir.fr/thermographie/cameras-flir.php
hamamatsu http://www.hamamatsu.com/
Jobin Horiba Yvon http://www.jobinyvon.fr/
La vision http://www.lavision.de/index.php
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Lyncée tec http://www.lynceetec.com
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Oxford laser http://www.oxfordlasers.com/
Photonlines http://www.photolines.fr/
Quantel http://www.quantel.fr/
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