Laboratoire des Écoulements Géophysiques et Industriels




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Accueil > Grands équipements > La plateforme tournante Coriolis > Données techniques

Visualisation et techniques de mesure

Pour mesurer les processus caractérisant ces phénomènes, des techniques de mesure tridimensionnelle en volume par un système de balayage de plan laser ont spécialement été mises au point. Le fluide placé dans la piscine de la plateforme contient des particules que l’on peut visualiser en les éclairant : un faisceau laser balaye verticalement la masse liquide afin de visualiser les courants dans les trois dimensions. Des images numériques sont enregistrées à intervalle de temps réguliers par des caméras. Les mouvements des particules, et donc du fluide, sont alors traduits en vitesse par un traitement informatique des images. Ces techniques permettent aussi d’effectuer une visualisation fine des écoulements.

Expérience avec faisceau laser dans Coriolis
Expérience avec faisceau laser dans Coriolis
©Samuel Viboud/LEGI/CNRS


Visualisation

La visualisation de la force de Coriolis permet une approche qualitative, globale et souvent rapide des phénomènes.

Avec des colorants de différentes couleurs,
on obtient une information globale et souvent très visuelle.


Un colorant fluorescent éclairé par un plan laser donne une vision 2D (comme le scanner en médecine). La LIF (Laser Induced Fluorescense) utilise le fait que l’intensité lumineuse est proportionnelle à la concentration de fluorescéine. On peut alors quantifier le mélange.


En photographiant sur un temps long des particules éclairées par un plan laser, on peut visualiser leurs trajectoires et ainsi voir la structure de l’écoulement. A cause de la persistance rétinienne de 0,1 seconde, notre œil n’est pas adapté pour avoir une vision globale d’un écoulement lent.


Mesure locale de densité

Il existe des relations simples entre la salinité, la célérité des ondes acoustiques, la conductivité, la température et la densité d’un fluide. A cet égard, c’est la variation de densité qui est le facteur le plus important pour l’étude de la dynamique des fluides.


Dans l’eau, la célérité des ondes acoustiques varie linéairement avec la salinité. En fluide stratifié, on utilise cette propriété pour réaliser des mesures locales de la densité. Dans un fluide à deux couches horizontales, on place un émetteur et un récepteur dans une direction verticale, ce qui permet de suivre l’interface.

Mesure des vitesses

On utilise essentiellement la PIV (Particle Image Velocimetry). On ensemence le fluide avec des petites particules que l’on illumine avec un plan laser. De deux images numériques successives, on peut déduire le champ de vitesse par des méthodes de corrélation statistique, puis le champ de vorticité (taux de rotation). Cette méthode de mesure, traditionnellement bidimensionnelle, s’applique désormais à des volumes pour obtenir des champs de vitesse 3D.

Acquisition de plusieurs images
Corrélation entre deux images


Champ de vitesse et de vorticité


Deux caméras réglées sur le même plan de mesure donnent accès à la troisième composante de vitesse.


En déplaçant rapidement le plan laser, il est possible de reconstituer le champ de vitesse 3D dans un volume


Ondes internes :
champ de vitesse 3D extrait
d’un volume de 1,5 X 1,5 X 0,5 m3