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

L'holographie numerique en ligne (HN) est une technique d'imagerie volumetrique adaptee a la caracterisation des ecoulements diphasiques dilues, en permettant la mesure simultanee de la position dans l'espace, du deplacement, 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 tres grand interet. Avec l'holographie, une telle mesure peut etre realisee a partir de l'analyse de leur champ proche, region dans laquelle les contributions des differents processus de diffusion de la lumiere (diffraction, refraction, etc.) peuvent etre plus facilement distinguees. Ceci est particulierement vrai pour le phenomene de jet photonique (tel que nomme par la communaute electromagnetique) qui s'apparente, dans le cadre de l'optique geometrique a une caustique generee par les rayons simplement refractes par une particule transparente. La position du maximum d'intensite de cette caustique est directement liee au rayon et a la partie reelle de l'indice de refraction relatif de la particule. Sa localisation dans l'espace par rapport au centre de la particule permet d'en determiner l'indice de refraction. Dans cette communication, nous montrons que, dans le cadre de l'approximation scalaire de la diffraction, le jet photonique reconstruit par HN correspond a la tache d'Airy d'une lentille spherique. De facon plus sur- prenante, cette tache d'Airy est reconstruite de facon reelle pour les particules ayant un indice relatif superieur a un et de facon virtuelle pour les particules dont l'indice relatif est plus petit que l'unite. L'analogie avec les notions d'images virtuelles et reelles couramment employees en optique geometrique pour les lentilles convergentes et divergentes est evidente. Outre son interet theorique, ce concept fournit une solution simple et numeriquement efficace pour caracteriser la composition des particules qu'elles soient solides, liquides ou gazeuses. Il ouvre de vastes perspectives pour l'etude des ecoulements multiphasiques. Cette nouvelle approche a ete validee experimentalement en laboratoire sur un ecoulement triphasique, montrant qu'il est possible d'obtenir simultanement la position dans l'espace, la vitesse (et l'acceleration), la trajectoire, la taille et la composition de particules en mouvement dans un fluide