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Université de Rouen (21/11/2000), Vervisch Pierre (Dir.)
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Techniques d'imagerie quantitatives : fluorescence induite par laser appliquée aux écoulements et aux combustions
Alexandre BRESSON1

Les techniques de mesures optiques non intrusives développées depuis plusieurs dizaines d'années permettent la mesure des paramètres physiques tels que la température, la concentration des espèces chimiques et la vitesse. Tous ces diagnostics optiques, bien que très performants, sont généralement appliqués en mesures ponctuelles.
Le but de la thèse est de développer une ou plusieurs techniques d'imagerie quantitatives et instantanées de température et de concentration. Deux axes d'études complémentaires ont été abordés au cours de ce travail. Il s'agit de la fluorescence induite par laser sur le radical OH pour l'étude des milieux en combustion et de la fluorescence induite par laser d'un traceur moléculaire (acétone) pour l'étude des écoulements non réactifs. Ces deux axes d'étude ont été menés en parallèle avec la même approche : après compilation des données bibliographiques, des modèles de fluorescence induite par laser de ces deux espèces ont été développés. Les résultats de ces modélisations ont servi à sélectionner les meilleures stratégies expérimentales.
Des expériences pilotes ont été mises en place en vue développer ces techniques d'imagerie. Elles consistent en l'utilisation des modèles proposés pour les deux traceurs étudiés afin d'obtenir des images instantanées et couplées de température et de concentration dans différents types d'écoulements (combustion hydrogène–air, mélange de jets, ...).
D'autres applications ont été réalisées sur des bancs d'essais à caractère semi-industriel afin de caractériser l'utilisation de ces techniques dans des conditions de mesures sévères.
Les résultats obtenus au cours de ces différentes expériences montrent que l'outil d'imagerie quantitative et instantanée développé est opérationnel, répondant ainsi à un besoin d'informations quantitatives et spatialement résolues et complétant les possibilités offertes par les autres diagnostics optiques.
1:  Département Mesures Physiques (DMPH/DOP)
Fluorescence induite par laser – Diffusion Rayleigh – Acétone – Radical OH – Imagerie quantitative – Température – concentration – Combustion – Ecoulement turbulent – Diagnostic optique – Spectroscopie

Quantitative imaging techniques : laser-induced fluorescence applied to the turbulent flows and combustion.
The progress made on non-intrusive optical measurements since many years allow the measurement of temperature, species concentration and velocity in turbulent reactive flows. Although these techniques are very powerful, their use is generally restricted to point measurements.
The aim of this thesis consists of the development of new imaging diagnostics which allow the measurement of instantaneous quantitative fields of temperature and concentration. Two complementary directions were explored. The first one concerns the development of the planar laser induced fluorescence of radical OH for the study of the turbulent combustion. The second one is devoted to the planar laser induced fluorescence of a molecular tracer (acetone) for the study of non-reactive turbulent flows. All these studies were performed using a similar approach : after a compilation of bibliographical data, modeling of the laser induced fluorescence on both species were primarily performed. Then, the results of simulation were used to select the best strategy required to develop the quantitative planar laser-induced fluorescence. Finally, several experiments in laboratory (hydrogen – air flame , jet flows, ...) were carried out in order to optimize the optical techniques and characterize the accuracy of the measurement.
Another applications were performed on semi-industrial facilities to characterize their use in very severe conditions. All the results allow to conclude that the instantaneous quantitative planar laser-induced fluorescence is operational in many situations and can lead to two-dimensional instantaneous quantitative measurements of temperature and species concentrations.
Laser induced fluorescence – Rayleigh scattering – Acetone – Radical OH – Quantitative imaging techniques – Temperature and concentration – Combustion – Turbulent flow – Optical diagnostic – Spectroscopy

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