Caractérisation de milieux diffusants chargés en particules par imagerie polarisée : Application aux agrégats fractals

par Benoît Gay

Thèse de doctorat en Thermique

Sous la direction de Rodolphe Vaillon et de Martin Raynaud.

Soutenue en 2010

à Lyon, INSA .


  • Résumé

    La caractérisation de milieux semi-transparents à l’aide de méthodes non-intrusives présente un grand intérêt pour de nombreux défis technologiques et scientifiques. L’idée du présent travail est de sonder un milieu diffusant chargé en particules, à partir d’une source radiative externe, en analysant les distributions spatiale 2D des états de polarisation des radiations émergentes. La taille, la fraction volumique ainsi que la morphologie des particules, qui influencent des propriétés radiatives du milieu, sont examinées. Plus particulièrement, des agrégats fractals sont considérés de part leur grande importance dans de nombreux domaines. Une configuration originale d’imagerie polarisée est conçue pour révéler des effets de diffusion multiple. Ainsi un dispositif expérimental et un modèle correspondant ont été mis en oeuvre. Ce dernier est une partie clé pour comprendre les phénomènes intervenants. La signature en polarisation sous forme d’images est modélisée à partir du formalisme de Stokes qui permet de rendre compte du transfert radiatif polarisé. Le problème est résolu à partir d’une méthode d’intégration de Monte Carlo, qui permet une interprétation physique des motifs de polarisation observés. La méthode est appliquée à des suspensions aqueuses de polystyrène qui peuvent être utilisées dans des processus d’agrégation. La question de la modélisation de l’agrégation est discutée en termes de nécessité d’utilisation de morphologies complexes et de compositions réalistes (moyenne sur l’orientation, la configuration spatiale et la dispersion de taille). Pour ce faire, les effets de diffusion multiple intra et inter particules sont pris en compte. La sensibilité de la méthode au processus d’agrégation et à des paramètres morphologiques est discutée.

  • Titre traduit

    = Characterization of particular-Laden scattering media with polarization imaging. Application to fractal aggregates


  • Résumé

    Non-invasive diagnostic tools are of particular interest to characterize semi-transparent media for many technological and scientific challenges. The idea of the present work is to probe a multiple scattering particle-laden media, from an external source of radiation, analyzing the polarization state 2D lateral spatial distributions of emerging radiation, which form images. The size, the volume fraction and the morphology of the particles which influence on the radiative properties of the medium are investigated. A focus is put on fractal-like aggregates which are of great importance in many areas. An original polarization imaging configuration is designed to reveal multiple scattering effects. Accordingly, both an experimental setup and a comprehensive model are implemented. The latter is a key part to be likely to understand the phenomenon engaged. Indeed to construe the 2D polarization signature, the polarized light transport is modeled using the Stokes formalism. Solving the problem is performed with an original integration method which is a Monte Carlo algorithm, chosen for its specific advantages. Indeed, this model gives rise to the polarization pattern analysis with physical interpretations. The method is applied to calibrated polystyrene aqueous suspensions which can be used in an aggregation process. The question of aggregation process modeling is addressed in terms of requirements to deal with complex morphology with realistic composition (orientation, configuration, and size dispersion averaging). Effects of multiple scattering intra and inter particle are to be taken into consideration. Sensitivity to the aggregation process and to morphological parameters is specifically discussed.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (216 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 195-216

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  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(3651)
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