Le signal complexe de la diffusion collective de la lumière et les écoulements turbulents
par Cyrille Honoré
Thèse de doctorat en Physique : fluides plasmas et décharges électriques
Sous la direction de Dominique Grésillon.
Soutenue en 1996
Le président du jury était Jean-Paul Bonnet.
Le jury était composé de Xavier Garbet, Guy Laval, Pierre Moschetti.
Les rapporteurs étaient Jean-Paul Dussauge, Patrick Tabeling.
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Résumé
La diffusion collective de la lumière est un moyen d'observation des gaz turbulents. Un laser éclaire le volume étudie. Le champ diffuse par les molécules du gaz est détecté, sous un angle proche de la direction de propagation avant. L'information recueillie est proportionnelle à la transformée de Fourier spatiale de la densité du gaz, sur le volume d'observation, suivant le vecteur d'onde de diffusion. La détection hétérodyne permet d'avoir accès au module et à la phase de ce signal complexe. L'effet doppler implique qu'il est possible de mesurer la vitesse de l'écoulement: a travers le spectre du signal, on retrouve, sous certaines conditions, la distribution de probabilités de la vitesse moyenne sur le volume observe. De manière instantanée, on a étudié la dérivée de la phase du signal pour déterminer sous quelles conditions, cette dérivée approche la vitesse instantanée moyenne sur le volume. L'évolution temporelle de la vitesse moyenne sur le volume est alors connue. Son spectre peut être calcule. Un coefficient de diffusion turbulente peut être établi. Les expériences liées à cette étude, ont été faites sur une couche de mélange supersonique, dans la soufflerie s150. La diffusion a aussi la propriété de sélectionner une longueur d'onde, donc une échelle du milieu observe. Cette information est présente dans le module du signal. Un dispositif permettant d'observer simultanément deux diffusions a des échelles différentes a été monte. L'expérience a portée sur un jet a symétrie axiale. L'étude des auto- et intercorrélations entre signaux a échelles différentes laisse apparaitre deux échelles de temps distinctes: un temps court, visible uniquement sur l'autocorrélation, propre a l'échelle observée, et un temps plus long, observable dans tous les cas. Ce dernier ne dépend que de l'échelle de production et de la vitesse moyenne. On a montré que ce temps long est propre aux grandes structures de la turbulence
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Titre traduit
The complex signal of collective light scattering and the turbulent flows
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