Prise en compte de la dimension finie des faisceaux d'éclairage en granulométrie optique: anémométrie phase Doppler

The optical diagnosis by phase Doppler anemometry of particles encountered in two­phase flows require the use of focused laser beams. The influence of the intensity gradients induced on the particle surface is considered in the first part of this manuscript. Several new phase Doppler geometries are proposed, enabling to suppress the errors induced by the so­called « trajectory effects ». The second part of this work deals with the extension of the phase Doppler anemometry to particle refractive index measurements in addition to size and velocity measurements. Numerical simulations and experimental tests demonstrate the validity of the proposed techniques. Applications to particle material recognition, coalescence study and temperature measurements are shown or discussed. The third part of this manuscript presents the proposed solutions to extend the phase Doppler technique to the sizing of cylindrical particles (fibres, liquid jets), non­homogeneous particles or irregular particles. The case of particles with internal refractive index gradients, or with a core, is particularly detailed, by using the theoretical work made to extend the generalized Lorenz­Mie theory to this kind of particles.Le diagnostic par une méthode optique telle que l'anémométrie phase Doppler, des particules présentes dans les milieux diphasiques, nécessite l'emploi de faisceaux laser focalisés. La compréhension et l'élimination des effets engendrés sur les mesures de taille, par les gradients d'éclairage ou les « effets de trajectoire », est au centre de la première partie de cette thèse. Différentes solutions, testées numériquement et expérimentalement, sont proposées pour éliminer les biais constatés. L'extension de l'anémométrie phase Doppler à la mesure de la partie réelle et complexe (absorption) de l'indice de réfraction des particules est ensuite considérée. Les méthodes originales proposées autorisent, en plus des mesures de taille et de vitesse, la reconnaissance des particules par leur indice, l'étude de la coalescence de gouttes (liquides transparents ou absorbants) ou la détection des fortes variations de température de particules. La dernière partie de ce travail propose diverses solutions pour étendre l'anémomètrie phase Doppler à la mesure de particules cylindriques (fibres, jets liquides), ovoïdes (oblates/problates), sphériques non­homogènes (multicouches, à coeur, hétérogènes: diphasiques ou non) et irrégulières. Le cas des particules multicouches est particulièrement détaillé, à partir de simulations basées sur le travail théorique effectué pour étendre la théorie de Lorenz-­Mie généralisée à ce type de particules