Détection de bulles, gouttes et particules solides dans un écoulement à partir des jets photoniques réels ou virtuels reconstruits par holographie numérique en ligne

International audienceL'holographie numérique en ligne (HN) est une technique d'imagerie volumétrique adaptée à la caractérisation des écoulements diphasiques dilués, en permettant la mesure simultanée de la position dans l'espace, du déplacement, de la forme et de la taille de particules (bulles, gouttes, etc.). Dans de nombreux domaines, qu'ils concernent la recherche aussi bien que l'industrie, la connaissance de la composition des particules est aussi d'un très grand intérêt. Avec l'holographie, une telle mesure peut être réalisée à partir de l'analyse de leur champ proche, région dans laquelle les contributions des différents processus de diffusion de la lumière (diffraction, réfraction, etc.) peuvent être plus facilement distinguées. Ceci est particulièrement vrai pour le phénomène de jet photonique (tel que nommé par la communauté électromagnétique) qui s'apparente, dans le cadre de l'optique géométrique à une caustique générée par les rayons simplement réfractés par une particule transparente. La position du maximum d'intensité de cette caustique est directement liée au rayon et à la partie réelle de l'indice de réfraction relatif de la particule. Sa localisation dans l'espace par rapport au centre de la particule permet d'en déterminer l'indice de réfraction. Dans cette communication, nous montrons que, dans le cadre de l'approximation scalaire de la diffraction, le jet photonique reconstruit par HN correspond à la tache d'Airy d'une lentille sphérique. De façon plus sur- prenante, cette tache d'Airy est reconstruite de façon réelle pour les particules ayant un indice relatif supérieur à un et de façon virtuelle pour les particules dont l'indice relatif est plus petit que l'unité. L'analogie avec les notions d'images virtuelles et réelles couramment employées en optique géométrique pour les lentilles convergentes et divergentes est évidente. Outre son intérêt théorique, ce concept fournit une solution simple et numériquement efficace pour caractériser la composition des particules qu'elles soient solides, liquides ou gazeuses. Il ouvre de vastes perspectives pour l'étude des écoulements multiphasiques. Cette nouvelle approche a été validée expérimentalement en laboratoire sur un écoulement triphasique, montrant qu'il est possible d'obtenir simultanément la position dans l'espace, la vitesse (et l'accélération), la trajectoire, la taille et la composition de particules en mouvement dans un fluid