Depuis plusieurs années, le département DAAA/ELV de l'ONERA-Lille développe des méthodes optiques basées sur l'interférométrie holographique numérique pour l'analyse des phénomènes aérodynamiques complexes et instationnaires. La technique de mesure permet d'enregistrer le champ global des variations d'indice de réfraction du milieu et la relation de Gladstone-Dale donne accès ensuite à la masse volumique. La technique a été développée et mise en place sur des bancs optiques de type Michelson et Mach-Zehnder avec des lasers continus comme source lumineuse et elle a largement été éprouvée pour l'analyse des écoulements en régime subsonique. Des résultats concluants ont été obtenus en soufflerie sur l'écoulement instationnaire en aval d'un cylindre circulaire placé transversalement dans la veine d'expériences [1].

Mais lorsque le nombre de Mach devient proche du domaine transsonique, et par exemple dans le cas de l'écoulement autour du cylindre, les tourbillons qui sont issus de l'intrados et de l'extrados du cylindre à des fréquences élevées provoquent des zones floues sur l'interférogramme et ils émettent des ondes de choc qui se propagent dans tout le champ aérodynamique. Lorsque la direction des ondes de choc est quasi parallèle au réseau de franges d'interférences, il devient impossible de suivre les franges à la traversée de l'onde de choc et des discontinuités de phase apparaissent lors du dépouillement des interférogrammes. Pour contourner ce problème inévitable, l'interféromètre holographique numérique a été modifié : la source laser continue de l'interféromètre a été remplacée par un laser pulsé pour figer l'écoulement et éviter les zones floues et un prisme de Wollaston a été inséré dans le bras de référence de l'interféromètre pour générer simultanément deux ondes de référence polarisées orthogonalement. Dans ces conditions, les interférogrammes enregistrés contiennent simultanément deux réseaux de franges d'interférence croisés et perpendiculaires qui donnent deux ordres complètement séparés dans le spectre de Fourier. Cela a pour conséquence que quelle que soit l'orientation du gradient d'indice de réfraction, il est possible d'analyser les ondes de choc en utilisant les deux cartes de phases reconstruites avec chacun des deux premiers ordres d'interférences. La fusion des 2 cartes de phase donne une carte de phase unique dans laquelle les singularités de phase sont éliminées. Les résultats expérimentaux démontrent la pertinence de l'approche proposée pour l'analyse des écoulements à très forts gradients d'indice de réfraction et un exemple est montré sur des ondes de choc émises dans le sillage instationnaire autour d'un cylindre circulaire à Mach 0,75 [2].

Remerciements : Les auteurs remercient l'Agence Nationale de la Recherche pour le financement du programme HONEFI3D (ANR-14-ASTR-0005).

Références :

[1] J.M. Desse, "Real-time colour holographic interferometry (from holographic plate to digital hologram)." in Advanced Holography-Metrology and Imaging, I. Naydenova, ed. (InTech, 2011) pp. 3-28.

J.M. Desse, F. Olchewsky, “Dual-reference digital holographic interferometry for analyzing high density gradients in fluid mechanics”, Optics Letters, vol.43, n° 8, pp. 1635-1638, 2018.