Numéro 1, Décembre 2009

Diagnostic optique des écoulements

Spectroscopie laser pour le diagnostic in situ

Auteurs: 

B. Attal-Trétout, F. Grisch, D. Packan, I. Ribet-Mohamed et M. Lefebvre

La spectroscopie laser utilisant des processus non linéaires tels que le mélange à quatre ondes ou les réseaux d’indice ou encore basée sur la diffusion Raman spontanée ou la diffusion Thomson est actuellement largement appliquée à l’étude des milieux réactifs depuis le proche UV jusqu’à l’infrarouge. Le but de notre article est de présenter cette métrologie appliquée dans le cadre particulier des plasmas, combustions et écoulements hypersoniques. Pour chaque technique, l’amplitude du signal sera donnée car elle permet de prédire les dépendances spectrales et temporelles du signal vis a vis de la température et la pression. Ces dépendances ont aussi été étudiées expérimentalement en fonction de la composition du gaz et de l’énergie laser incidente. La comparaison des résultants expérimentaux et théoriques donne la possibilité de mesurer ces paramètres in situ très précisément. La température, la vitesse ou la concentration des espèces importantes (majoritaire or minoritaire) est mesurée à partir de l’analyse du contenu spectral. La synchronisation des impulsions laser sur les phénomènes physiques instationnaires nous permet de suivre leur évolution temporelle sur l’échelle µs or ms de leur durée, grâce à la résolution des lasers (ns). Plusieurs exemples sont présentés en détail. La DRASC a été appliquée à une flamme H2/air, un jet monodisperse en combustion et un plasma impulsionnel crée dans un jet méthane/air. Dans chaque cas, l’évolution spatiale et temporelle de la température est enregistrée. La DFWM est une version cohérente dégénérée bien adaptée à la détection de NO, surtout lorsque la LIF sur NO est gênée par des signaux parasites. Les réseaux d’indice sont des outils de mesure plus particulièrement utiles dans quelques cas typiques. Des exemples sont présentés pour illustrer leur potentiel dans le cas de la détection de NO2 et de l’analyse d’écoulements à grande vitesse. Finalement, la densité électronique d’un gaz peut aussi être mesurée grâce à la diffusion Thomson et une application à une décharge répétitive impulsionnelle est présentée.

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