Techniques d'imagerie pour la mesure en mécanique des fluides

A travers les siècles, l’homme a observé les écoulements via des phénomènes naturels (nuages, fumées, algues…) et en a fait des représentations diverses pour chercher à en comprendre la phénoménologie. Tout un chacun a en tête certains dessins, certaines iconographies, de Leonard de Vinci ou de Giovanni Battista Venturi, matérialisant des zones de turbulence, ou encore des lâchers tourbillonnaires à l’aide de lignes de courant dessinées manuellement. Ces représentations, tout d’abord très qualitatives, ont peu à peu donné lieu, au fil du temps et des progrès technologiques, à des caractérisations plus quantitatives : mesures de vitesse, trajectographies, suivis d’objets dans les écoulements, interactions fluide-structures, mesures de concentrations, de températures, etc., et en s’appuyant sur l’imagerie et la visualisation.

Aujourd’hui, la caractérisation des écoulements en mécanique des fluides fait appel à de multiples techniques de mesure qui permettent d’explorer de nombreuses échelles spatiales et temporelles. Parmi elles, les techniques basées sur l’imagerie sont, sans aucun doute, parmi les plus fondamentales, et elles ont naturellement connu un essor important du fait de leur caractère non intrusif et de leur capacité à observer les écoulements à différentes échelles.

L’imagerie, tout d’abord analogique, a cédé le pas à l’imagerie numérique dans les années 1980 et au traitement d’images assisté par ordinateur, faisant basculer cette technique dans le domaine des techniques métrologiques. L’émergence des lasers, en parallèle, a ouvert la porte au couplage des techniques et à la mesure non intrusive d’écoulements de plus en plus complexes, notamment les écoulements polyphasiques. Aujourd’hui, l’apparition des méthodes d’intelligence artificielle, qui sont en train de révolutionner l’imagerie et le traitement d’images, laisse augurer d’un avenir encore plus riche pour cette technique.

Cet article propose un état de l’art des techniques d’imagerie pour la mesure en mécanique des fluides. Il détaille, tout d’abord, les différents types de montages expérimentaux basés sur l’imagerie, en traitant dans le détail les matériels rencontrés et en proposant quelques exemples de référence. Ensuite, la question du traitement du signal menant à l’extraction d’informations physiques quantitatives dans les écoulements est discutée. Et enfin, des exemples tirés de différents travaux récents de recherche sont présentés à titre d’illustrations.