Caractérisation 3D d’un nuage de particules par imagerie interférométrique de Fourier : positions relatives 3D, tailles et indices de réfraction

3D characterization of a cloud of particles by Fourier interferometric imaging : 3D relative positions, sizes and refractive indices

• Auteur / Autrice : Paul Briard
• Direction : Gérard Gréhan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique
• Date : Soutenance le 05/12/2012
• Etablissement(s) : Rouen, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences physiques mathématiques et de l'information pour l'ingénieur (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; ....-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Complexe de recherche interprofessionnel en aérothermochimie (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 1967-....) - Complexe de recherche interprofessionnel en aerothermochimie / CORIA
• Jury : Président / Présidente : Denis Lebrun
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Siegfried Meunier-Guttin-Cluzel, Loïc Méès, Bruno Renou, Corinne Fournier
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Alex Taylor, Pascal Picart

Mots clés

Mots clés libres

Théorie de Lorenz-Mie

Optique géométrique

Indices de réfraction

Diamètres

Positions 3D

Métrologie/diagnostique optique

Interférométrie

Lorenz-Mie theory

Geometric optics

Refractive indices

Diameters

3D locations

Optical metrology

Interferometry

Résumé

Dans ce mémoire, je propose une nouvelle technique optique de mesure de positions relatives 3D, tailles et indices de réfraction d’un ensemble de particules, éclairées par un faisceau laser plan pulsé : l’imagerie interférométrique de Fourier (FII). Dans le cadre de ce travail, les particules sont sphériques, homogènes transparentes et isotropes. Lorsque ces particules sont éclairées, elles se comportent comme des sources d’ondes lumineuses sphériques qui interférent entre elles. L’enregistrement des franges d’interférences et leur analyse par transformation de Fourier peut permettre d’accéder aux caractéristiques des particules. Dans ce mémoire, je décris l’influence des caractéristiques de particules sur les représentations spectrales des franges d’interférences crées par les couples de particules éclairées dans l’espace de Fourier 2D. Les franges d’interférences sont simulées numériquement en utilisant la théorie de Lorenz-Mie. Puis j’aborde le problème inverse en montrant comment il est possible de retrouver les caractéristiques des particules, en me servant de l’optique géométrique et du filtrage spatial par transformation de Fourier.

In this thesis, I propose a new optical technique for measuring 3D relative positions, sizes and refractive indices of a set of particles, which are illuminated by a plane and pulsed laser beam. In this work, the particles are spherical, transparent, homogeneous and isotropic. When these particles are illuminated, they have the behavior of sources of spherical light waves which interfere. The recording of interference fringes and analysisby Fourier transform can measure the characteristics of the particles. I describe the influence of particle characteristics on spectral representations of the interference fringes created by the pairs of particles illuminated in 2D Fourier space. The interference fringes are simulated numerically using the Lorenz-Mietheory. The inverse problem is approached by showing how it is possible to measure the characteristics of particles with geometrical optics and spatial filtering by Fourier transformation.