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La shadowgraphie numérique appliquée aux mesures de la neige soufflée

 

Dans la soufflerie couche-limite du SLF, la shadowgraphie numérique est utilisée pour étudier les caractéristiques de saltation de la neige. Le système permet d’obtenir des informations à haute fréquence et haute résolution sur le débit massique, la vitesse et la taille des particules dans la couche de saltation, ce qui peut aider à comprendre les aspects inconnus de la physique du transport de la neige.

Les mesures sur la neige transportée dans la soufflerie réfrigérée du SLF sont également effectuées par shadowgraphie numérique. Cette technique consiste à éclairer les cristaux de neige en saltation d’un côté de la soufflerie, et d’enregistrer des images haute fréquence de l’autre côté. Les images obtenues présentent de petits points noirs représentant chacun une particule de neige passant dans le champ de vue au moment de l’acquisition.

 

La dimension des particules est obtenue par une simple analyse de l’image, tandis que leur déplacement est déterminé par un algorithme de vélocimétrie par suivi des particules. La dimension et la vitesse des particules permettent d’estimer ensuite le débit massique. À partir du post-traitement de toutes les images acquises, nous sommes capables d’obtenir les caractéristiques spatiales (profils verticaux de débit massique) et temporelles (séries temporelles de débit massique) du processus de transport ainsi que la distribution statistique de la dimension et de la vitesse des particules ou toute quantité dérivée.

Notre système shadowgraphique consiste en un spot LED pour la source de lumière et en une caméra CMOS haute vitesse avec une résolution spatiale d’environ 1 MP, et une fréquence d’acquisition atteignant 3,6 kHz. Le plan de mesure est aligné avant chaque expérience au milieu de la section d’essai au-dessus du manteau neigeux, comme indiqué en figure 1.

La shadowgraphie numérique présente plusieurs avantages sur les capteurs ponctuels habituels :

  • la disponibilité des informations sur un domaine bidimensionnel, permettant l’acquisition de profils sans répéter l’expérience de nombreuses fois dans une direction verticale
  • la capacité de capturer également la composante verticale du débit massique pouvant donner des informations utiles sur l’entraînement des particules de neige
  • la possibilité de détecter non seulement la dimension, mais aussi la forme des particules
  • la capacité d’effectuer l’expérience à haute fréquence

Toutefois, l’usage d’une caméra très rapide, le besoin d’un étalonnage précis, et l’alignement de la source lumineuse et de la caméra ne facilitent pas aujourd’hui le déploiement de cette technique sur le terrain.

Derniers développements

Nous avons comparé les résultats obtenus par shadowgraphie numérique et par le compteur de particules de neige pour déterminer la fiabilité de cette technique dans une expérience typique de transport de neige. L’étude a montré une adéquation raisonnable entre les deux techniques de mesure, et a permis d’obtenir des seuils optimaux pour le post-traitement des images.

Détails du projet

Durée du projet

2013 - 2017

Direction du projet

Dr. Enrico Paterna

 

POUR EN SAVOIR PLUS