Présentation
EnglishAuteur(s)
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Jean-Pierre PRENEL : Professeur à l’Université de Franche-Comté - Responsable de l’Équipe Métrologie Optique et Microtechniques de l’Institut de Génie Énergétique de Belfort
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Paul SMIGIELSKI : Docteur ès Sciences - Ingénieur de l’École Supérieure d’Optique ESO - Attaché à la Direction Scientifique de l’institut franco-allemand de Recherches de Saint-Louis - Cofondateur d’HOLO 3 - Professeur conventionné ENSPS à l’Université Louis Pasteur de Strasbourg
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Lire l’articleINTRODUCTION
Nous considérons dans ce chapitre des objets optiquement transparents présentant des variations d’indice de réfraction tels les écoulements aérodynamiques ou hydrodynamiques et les plasmas ou certains matériaux optiques soumis à des contraintes diverses.
De tels objets sont, du point de vue optique, des objets de phase (seulement caractérisés par des variations de chemin optique). Ils ne sont pas visibles directement en formant leur image sur un récepteur photographique, celui-ci étant uniquement sensible à la lumination (produit de l’éclairement par le temps de pose).
Pour les visualiser, il faut les transformer en objet d’amplitude, soit à l’aide de techniques strioscopiques ou interférométriques, par exemple, soit en introduisant dans le milieu (cas des écoulements) des microparticules qui diffusent la lumière.
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Accueil > Ressources documentaires > Mesures - Analyses > Contrôle non destructif > CND : méthodes surfaciques > Mécanique des fluides - Visualisation par variation d’indice > Méthodes particulières
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6. Méthodes particulières
Ce chapitre a pour but de montrer que des problèmes de visualisation des écoulements très spécifiques peuvent trouver des solutions efficaces grâce à la possibilité de réaliser optiquement des opérations mathématiques complexes : gradients, transformées de Fourier, dalembertiens.
6.1 Mise en évidence des gradients du chemin optique dans toutes les directions du plan
Pour mettre en évidence en fonction du temps des phénomènes aérodynamiques instationnaires (structures cohérentes, turbulence) et valider les simulations numériques, un montage strioscopique particulier a été utilisé [54].
La figure 24 décrit le système optique. L’élément essentiel est constitué par un filtre holographique situé dans le plan focal de l’objectif L. Ce filtre initialement développé pour extraire les contours des objets en traitement optique de l’information [55] permet de mettre en évidence avec une bonne approximation, les gradients de chemin optique dans toutes les directions du plan. Pratiquement, il est réalisé par superposition sur une plaque holographique de différents réseaux holographiques judicieusement décalés et déphasés.
La source de lumière est un laser à émission continue donnant une puissance de 400 mW à la longueur d’onde de 532 nm (laser YAG doublé en fréquence).
Une caméra ultrarapide CCD permet de réaliser des temps de pose allant de 1 ms à 5 ns à la cadence de 8 Hz et de numériser les images. On peut donc enregistrer en dynamique des séquences vidéo avec des temps de pose correspondant à un laser pulsé, pour figer les phénomènes turbulents à étudier.
Un exemple d’application en soufflerie supersonique est donné par la figure 25 qui montre les images, obtenues à différents temps de pose, de l’écoulement derrière un culot de projectile. À 10 µs et 100 µs, c’est l’aspect quasi stationnaire de l’écoulement qui est mis en évidence. À 1 µs et à 50 ns, les phénomènes d’instabilité sont mis en évidence par la séquence vidéo et peuvent être dépouillés après numérisation des images. La comparaison des images expérimentales et de la simulation numérique permet d’ajuster...
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BIBLIOGRAPHIE
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(2) - MERZKIRCH (W.) - Flow Visualization. - Academic Press, 1987.
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(3) - MACAGNO (E.) - Leonardo da Vinci : Engineer and Scientist. - Hydraulic Research A historical review GARBRECHT Boston 1987, p. 33-53.
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(5) - LEVI (E.) - The Science of Water. - The Foundation of Modern Hydraulics. chap. 10 : The Hydraulics of Leonardo da Vinci ASCE Press, 1995.
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(6) - REICHENBACH (H.) - Contributions of Ernst Mach to Fluid Mechanics. - Ann. Rev. Fluid Mech. Vol. 15, 1983, p. 1-28.
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