La PIV (Particle Image Velocimetry en anglais) est une technique d’imagerie tomographique. Celle-ci permet la mesure de la vitesse d’écoulements de fluides ensemencés en particules (ou « traceurs »). Ces traceurs doivent suivre les mouvements (échelles spatiales et temporelles) du fluide étudié. De plus, ils doivent aussi être en forte concentration et diffuser suffisamment de lumière (pour pouvoir être facilement détectables). On présente ici la PIV, une technique de diffusion de la lumière pour caractériser un écoulement de fluide.

Matériel et méthode pour la PIV

Pour figer le mouvement de ces traceurs d’une image à l’autre, la mesure requiert la formation de deux nappes laser. En outre, ces nappes sont de très courte durée et se superposent avec un faible décalage temporel Δt. Une caméra, placée à 90° de ces dernières, enregistre deux images successives. Une pour chaque impulsion laser de l’écoulement dans la zone éclairée. Le traitement des images consiste à mailler celles-ci et à calculer les coefficients des corrélations croisées. De l’analyse de chaque corrélation croisée, on déduit la distance la plus probable parcourue par les particules durant l’intervalle Δt. Ceci est fait pour la zone correspondante de l’écoulement. Ainsi, pour chaque paire d’images enregistrées, on obtient une cartographie bidimensionnelle du champ de vitesse du fluide. Un schéma de principe est présenté ci-dessous.

De plus, techniquement, et de manière synthétique, un dispositif PIV est constitué des éléments suivants :

• un générateur de particules (par exemple à base de fumée d’encens commercial)
• un laser dont le faisceau est mis en forme à l’aide de composants optiques classiques (lentilles, sphériques et cylindriques)
• une caméra haute résolution refroidie munie d’un objectif télécentrique de grandissement x1
• une chaîne électronique pour la synchronisation, l’enregistrement, le stockage et le traitement des images.

Le grandissement optique du système optique est fixe. Le seul paramètre d’ajustement pour la mesure des vitesses est le temps Δt dont la valeur est estimé à priori.

Exemples de résultat

La figure ci-dessous montre un exemple de champ de la vitesse moyenne (vecteurs) et la vorticité ⁽¹⁾ moyenne (couleurs du fond). Il s’agit ici d’une goutte d’eau de diamètre initial 1 mm en évaporation dans une atmosphère au repos. Ces résultats ont été moyennés sur 60 secondes, soit environs 500 champs instantanés. La goutte d’eau est en lévitation acoustique. Les tourbillons observés autour de la goutte sont induis par le champ acoustique. Enfin, si vous souhaitez plus d’information à ce sujet, n’hésitez pas à nous contacter.

Conclusion

Imasolia propose son expertise en PIV pour caractériser tout type d’écoulement de fluide de manière non-intrusive en industrie ou en laboratoire. N’hésitez pas à nous parler de votre projet sur notre formulaire de contact. Nous serons ravis de mettre en oeuvre nos compétences pour votre application.

Que pensez-vous de la PIV comme technique de diffusion de la lumière pour caractériser un écoulement de fluide ? N’hésitez pas à commenter l’article ci-dessous !

⁽¹⁾ Intensité de la rotation