Holographie in-line appliquée à l’analyse de l’étirement d’un filament viscoélastique.: Restitution optimale par analyse de la phase.

Abstract

International audienceDe nombreux fluides, comme ceux de l’industrie agro-alimentaire ou pharmaceutique, sont viscoélastiques. La viscoélasticité est due à la présence de polymères dont la masse molaire est élevée en solution dans ces fluides. Pour certaines concentrations en polymères, lorsque l’on étire ces fluides, on observe l’apparition de gouttelettes (ou perles) en mouvement sur le filament. L’holographie numérique in-line est appliquée ici pour étudier la dynamique du filament et des gouttelettes en 3-D. Il faut préciser que le milieu dans lequel évoluent ces objets est faiblement perturbé (pas de gradients d’indice). L’onde de référence peut donc ici être considérée comme sphérique. Dans ces conditions, il est possible d’extraire des informations quantitatives sur la phase restituée permettant ainsi de réaliser une mise au point précise sur les images de gouttelettes ou du filament. [ ] Nous présentons le dispositif expérimental et montrons quelques exemples d’images restituées par la signature de phase. Dispositif expérimentalLe fluide viscoélastique est placé dans un dispositif mécanique d’étirement fabriqué au laboratoire. C’est un système constitué d’un support mobile qui étire le fluide et dont les paramètres d’étirage sont parfaitement contrôlés. Afin de pouvoir accéder à des informations sur la vitesse [ ], nous éclairons le fluide en étirement par une séquence de deux impulsions lasers (τ<1 µs) aux longueurs d’onde λ_V=520 nm et λ_R=660 nm. Les hologrammes sont enregistrés par un capteur CCD d’une résolution de 4096×4096 pixels de taille p=5,5 µm. Traitement des hologrammesLes hologrammes sont exploités par convolution avec le noyau de Fresnel et les images sont localisées par analyse de l’amplitude complexe restituée. Lorsque l’on s’approche du plan de mise au point d’un élément du fluide de coordonnées transversales (x_0,y_0), les variations de phase déroulée selon l’axe optique φ(x_0,y_0,z) présentent une allure asymptotique en 1/z qui permet d’extraire avec précision la coordonnée axiale z_0. La méthode ainsi que les résultats issus d’hologrammes simulés et expérimentaux sont présentés et montrent les avantages de cette technique pour une localisation 3-D précise de particules de fluides micrométriques