Présentation
Auteur(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 ESO - Attaché à la Direction Scientifique de l’Institut franco-allemand de Recherches de Saint-Louis - Cofondateur d’HOLO 3 - Professeur conventionné ENSPS - Université Louis Pasteur de Strasbourg
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Lire l’articleINTRODUCTION
Àl’époque du « tout informatique », le calcul est roi ! La mécanique des fluides n’échappe pas à ce raz de marée et les progrès considérables des logiciels permettent de résoudre de très nombreux problèmes. Dès 1975, les théoriciens les plus optimistes prévoyaient d’ailleurs la mort de l’expérimentation avant la fin de la décennie. Aujourd’hui, un langage plus modéré est de rigueur : l’expérience reste un complément indispensable de la simulation ; les domaines les plus divers pratiqués par l’Ingénieur sont autant de preuves : de la mise au point d’une formule 1 ou d’un avion, à l’étude de l’ensablement du Mont-Saint-Michel, les exemples abondent, en aérodynamique comme en hydraulique. Et parmi les méthodes expérimentales, la visualisation des phénomènes conserve une place importante. Ces méthodes ont évolué considérablement depuis deux décennies, essentiellement grâce à l’utilisation de la lumière laser ; elles continuent à progresser régulièrement aujourd’hui, notamment en raison du développement très rapide de l’analyse et du traitement informatique des images. Nul doute qu’elles aient encore de beaux jours devant elles !
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4. Domaines d’application
Le domaine de prédilection des méthodes de visualisation est resté longtemps celui des grandes souffleries utilisées pour les recherches en Aéronautique. La démythification du laser et l’expansion rapide des méthodes informatiques de traitement d’images ont démocratisé ce type d’analyse, même si l’usage d’un laser de puissance moyenne (quelques watts) demeure encore une opération relativement onéreuse et exigeant quelques connaissances en optique.
Dorénavant, tout domaine industriel qui met en œuvre un écoulement liquide ou gazeux suffisamment transparent est théoriquement concerné, à condition toutefois que le phénomène étudié se déroule en atmosphère libre ou soit confiné dans une structure également transparente. Les exemples d’application abondent :
-
circulation d’air dans les systèmes de climatisation et de chauffage ;
-
refroidissement aérodynamique ou liquide des machines électriques et thermiques ;
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écoulements internes dans les moteurs thermiques, de la chambre de combustion à l’échappement ;
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écoulements externes autour des véhicules terrestres (routiers et ferroviaires) ou aériens ;
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écoulements atmosphériques en Génie Civil et Environnement (comportement d’ouvrages au vent, dispersion de polluants).
La variété extrême des domaines d’application se prête mal à un classement ; toutefois, un moyen simple de mettre un peu d’ordre dans ces listes d’exemples, concernant des disciplines aussi diversifiées, consiste à utiliser la nature du fluide et/ou le domaine de vitesse.
De manière synthétique, retenons que les écoulements hydrodynamiques constituent un domaine d’investigation sans problèmes de principe majeurs : les faibles vitesses généralement atteintes, les turbulences modérées font qu’ils se prêtent bien au suivi de traceurs (particules ou colorants). Les cas les plus simples sont ceux pour lesquels le régime laminaire est conservé : dans cette configuration, de véritables trajectographies (visualisation des filets fluides), sont possibles. L’accès au champ de vitesses est également envisageable, à condition toutefois que l’écoulement soit bidimensionnel ou faiblement tridimensionnel. Dans l’hypothèse où des gradients thermiques apparaissent, ceux-ci sont aisément détectables (strioscopie), voire mesurables...
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