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1 - GÉNÉRALITÉS

2 - MÉTHODE DES OMBRES : OMBROGRAPHIE OU OMBROSCOPIE

3 - STRIOSCOPIE

4 - TECHNIQUES INTERFÉROMÉTRIQUES

5 - TECHNIQUES HOLOGRAPHIQUES

6 - MÉTHODES PARTICULIÈRES

7 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : AF3332 v1

Méthodes particulières
Mécanique des fluides - Visualisation par variation d’indice

Auteur(s) : Jean-Pierre PRENEL, Paul SMIGIELSKI

Date de publication : 10 juil. 1999

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Auteur(s)

  • 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

  • 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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INTRODUCTION

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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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-af3332


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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

  • (1) - CHENG (K.C.) -   A history of Flow Visualization : Chronology.  -  Journal or Flow Visualization and Image Processing 4-1, 1997, p. 9-27.

  • (2) - MERZKIRCH (W.) -   Flow Visualization.  -  Academic Press, 1987.

  • (3) - MACAGNO (E.) -   Leonardo da Vinci : Engineer and Scientist.  -  Hydraulic Research A historical review GARBRECHT Boston 1987, p. 33-53.

  • (4) - FASSO (C.A.) -   Birth of Hydraulics during the Renaissance period.  -  Hydraulics and Hydraulic Research A historical review GARBRECHT Ed. Boston 1987, p. 55-79.

  • (5) - LEVI (E.) -   The Science of Water.  -  The Foundation of Modern Hydraulics. chap. 10 : The Hydraulics of Leonardo da Vinci ASCE Press, 1995.

  • (6) - REICHENBACH (H.) -   Contributions of Ernst Mach to Fluid Mechanics.  -  Ann. Rev. Fluid Mech. Vol. 15, 1983, p. 1-28.

  • ...

DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES

ANNEXES

    Livres et revues

    VAN DYKE (M.) - An Album of Fluid Motions. - Parabolic Press - Standford 1982.

    NAKAYAMA (Y.) - Visualized flow. - Japan Society of Mechanical Engineers Pergamon Press 1988.

    NAKAYAMA (Y.) - Fantasy of Flow - — Visualization Society of Japan IOS Press 1993.

    NAKAYAMA (Y.) - TANIDA (Y.) - Atlas of Visualization. - Visualization Society of Japan CRC Press, Volume 1 1992, Volume 2 1996, Volume 3 1997.

    ASANUMA (T.) - Flow Visualization I (Proceedings of the First International Symposium on Flow Visualization) - Tokyo 1977 Hemisphere Publishing Corporation.

    MERZKIRCH (W.) - Flow Visualization II. - Bochum 1980 Hemisphere Publishing Corporation.

    YANG (W.J.) - Flow Visualization III. - Ann Arbor 1983 Hemisphere Publishing Corporation.

    VERET (C.) - Flow Visualization IV. - Paris 1988 Hemisphere Publishing Corporation.

    REZNICEK (R.) - Flow Visualization V. - Prague 1989 Hemisphere Publishing Corporation.

    TANIDA (Y.) - MIYASHIRO (H.) - Flow Visualization VI - . Yokohama 1992 Springer Verlag.

    COGNET (G.) - MALLET (J.) - Visualisation et Traitement d’Images. - Actes du 1er Colloque National Nancy 1985 INPL.

    PRENEL (J.-P.) - PORCAR (R.) - Visualisation et Traitement d’Images. - Actes du 3e Colloque National Belfort 1988 Université de Franche-Comté.

    STANISLAS (M.) - MONNIER (J.-C.) - Visualisation et Traitement d’Images en Mécanique des Fluides. - Actes du 4e Colloque National Lille 1990 Institut de Mécanique des Fluides de Lille.

    COUTANCEAU (M.) - COUTANCEAU (J.) - Visualisation et Traitement d’Images en Mécanique des Fluides. - Actes du 5e Colloque National Poitiers 1992 Université de Poitiers.

    SMIGIELSKI (P.) - Visu 97. - Actes du 7e Colloque National Saint-Louis 1997 Teknéa Toulouse.

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