Mesure de la température par fluorescence induite en phase gazeuse

De nombreuses techniques de mesure basées sur les diagnostics optiques ont été développées depuis plusieurs décennies. L’arrivée des lasers en a été l’élément moteur. De nos jours, plusieurs d’entre elles sont devenues des outils indispensables pour aborder la compréhension de phénomènes complexes (combustion, chimie réactionnelle, interaction entre chimie et turbulence) et d’être une source de base de données suffisamment précise pour répondre aux attentes des résultats fortement résolus des calculs numériques (RANS, LES et DNS). Plusieurs grandeurs caractérisent la combustion et peuvent être mesurées par l’utilisation de diagnostics optiques telles que la température, la vitesse des phases gazeuse et dispersée, la taille de gouttes ou de particules solides, l’évaporation de gouttes et la concentration de certaines espèces chimiques.

Ces caractéristiques peuvent également être mesurées avec des capteurs spécifiques ou des techniques appropriées comme le thermocouple pour la mesure de température, le fil chaud pour la mesure de vitesse ou de température, le chromatographe en phase gazeuse pour la spécification d’espèces, couplé avec une spectrométrie de masse par exemple. Cependant, les techniques optiques sont préférées de par leur caractère normalement non intrusif. De plus, elles peuvent atteindre des mesures in situ dans des environnements réactifs ou non, homogènes ou hétérogènes. Les techniques lasers peuvent également fournir une haute résolution spatiale et temporelle. Typiquement la durée d’un pulse laser est de l’ordre de 10 ⁻¹² à 10 ⁻⁹  s. Sur ces échelles de temps, l’écoulement ou les réactions chimiques étudiées sont considérés comme figés.

Les techniques de diagnostics laser reposent sur l’interaction entre la lumière émise par le laser et la matière du milieu sondé. Il en résulte une émission lumineuse du milieu sondé qui est de deux types ; la première est une émission élastique, c'est-à-dire que la lumière diffusée est à la même longueur d’onde que la lumière source d’excitation, la deuxième est une émission inélastique. Dans cette configuration, les phénomènes de relaxation interne des molécules de l’état excité vers l’état fondamental provoquent une émission de lumière avec une longueur d’onde différente de la source de lumière d’excitation. Il y a donc dans ce cas des transferts énergétiques plus complexes. La lumière incidente est absorbée par une molécule ou un atome, celle-ci, afin de retourner de l’état énergétique excité vers l’état fondamental, va réémettre un flux énergétique de plusieurs façons soit par diffusion, luminescence et/ou par échauffement.

Dans le cas de la diffusion,...