Imagerie Holographique Numérique Trichromatique Et Challenges en Acoustique et Mécanique des Fluides – IMHOTEC

Dans un certain nombre de domaines tels que l’acoustique, les vibrations ou la mécanique des fluides, la validation de modèles numériques et/ou analytiques des phénomènes étudiés nécessite de plus en plus le développement d’outils métrologiques non intrusifs permettant des mesures plein champ avec une très haute résolution spatiale. Des données expérimentales sont nécessaires pour initialiser les codes de calcul et elles sont bien entendu incontournables pour valider les simulations numériques. Actuellement, il n’existe pas de méthodes optiques ayant simultanément ces propriétés, ce qui limite fortement la validation des modèles analytiques et numériques développés pour les phénomènes étudiés. Le but de ce projet est de proposer de nouvelles méthodes d’imagerie optique plein champ avec une très haute résolution spatiale et temporelle permettant la caractérisation et la métrologie fine de champs cinématiques vibratoires, de champs acoustiques, de champs tourbillonnaires complexes et instationnaires dans des écoulements subsoniques et transsoniques.
Le projet IMHOTEC ambitionne de dépasser les limitations atteintes lors de recherches précédentes et de synthétiser les compétences acquises ces dernières années par les partenaires afin de développer de nouvelles méthodes d’imagerie versatiles avec pour propriétés, imagerie plein champ, haute résolution spatiale et temporelle, mesure absolue et mesure dynamique tridimensionnelle.
Pour atteindre ce but, nous proposons d’étudier les opportunités offertes par la reconstruction numérique du champ diffracté à partir de l’enregistrement d’hologrammes numériques couleurs. Dans une telle approche, il pourra être mis à profit l’utilisation simultanée de trois ondes de référence et trois ondes de mesure à trois longueurs d’ondes différentes (rouge, vert et bleu par exemple). Les hologrammes numériques en vraies couleurs seraient reconstruits en temps différé via une simulation numérique de la diffraction pour chaque longueur d’onde. Par ailleurs, la phase optique est calculée directement avec l’hologramme numérique. Cette détermination directe de la phase est la clé pour la métrologie sans contact puisqu’elle code les variations d’indice de réfraction, les déplacements, les contraintes, et également les propriétés relatives l’état de polarisation de l’objet étudié. De plus, un éclairage avec trois longueurs d’ondes lasers peut donner une multi-sensibilité et donc accès à la mesure simultanée trois composantes, mais également à la mesure absolue de phase optique qui est indispensable pour l’étude des fluides et écoulements.
Une telle méthode d’imagerie innovante donnera des données expérimentales fines et ouvrira de nouvelles opportunités en photo-mécanique dynamique pour approfondir les questions actuellement ouvertes. Les challenges envisagés devraient répondre aux questions fondamentales posées en acoustique et en mécanique des fluides. Dans le domaine des vibrations acoustiques le challenge concerne la mesure des mouvements 3D d’un milieu granulaire afin d’approfondir la dynamique fondamentale des milieux désordonnés, en acoustique le challenge concerne l’analyse du transfert de chaleur dans les résonateurs thermo-acoustiques et en mécanique des fluides, l’application concerne l’étude de l’écoulement aérodynamique sur une maquette de la base circulaire d’un lanceur générique (Ariane).