Le laser pour la mesure et la visualisation dans les écoulements
Champions de la mesure non intrusive
Effectuer une mesure non intrusive dans un écoulement est doublement intéressant : on n’a pas à introduire de matériel dans un milieu qui peut être hostile (très chaud, hyper-véloce), et on ne perturbe pas l’écoulement.
Le laser se comporte en effet comme une sonde immatérielle qui vient à la rencontre de molécules ou de particules : il renvoie des informations les concernant vers un détecteur, comme vitesse, température, concentration d’espèces…
À l’ONERA les techniques de mesure laser sont développées depuis plus de 30 ans. On y dispose d’une panoplie de méthodes performantes (LDV, Drasc, LIF, FFE, PIV…) bien adaptées à toutes sortes de milieux.
L’ONERA réussit souvent des premières mondiales, au bénéfice de ses chercheurs en physique, énergétique, aérodynamique. Quelques mesures spectaculaires : le dosage des espèces gazeuses émises par une chambre de combustion aéronautique, la température d’une flamme à 60 bars dans de l’oxygène liquide en combustion, la mesure du flux d’atomes à la sortie d’un moteur de satellite…
PIV3D et BOS3D : la mesure assistée par ordinateur
En matière de métrologie par imagerie, la PIV (Particle Image Velocimetry) fournit le champ des vitesses d'un fluide et la BOS (Background Oriented Schlieren) est sensible aux variations de densité d'un écoulement compressible.
Ces méthodes sont couramment utilisées pour visualiser des sections planes d'un écoulement. L'utilisation de nouvelles techniques d'illumination laser, de systèmes d'acquisition multi-caméras et surtout le recours à l’ordinateur permettent désormais de faire de la mesure de volume, c'est-à-dire d'obtenir des représentations numériques instantanées 3D des structures d'un écoulement.
L'ONERA est en pointe dans ces techniques de PIV3D et de BOS3D, avec des expérimentations uniques et des méthodes numériques performantes implémentées sur calculateurs massivement parallèles tels que des GPU (Graphical Processing Unit).