À l'aide de quatre caméras pour smartphones à bas prix et d'un rétroéclairage coloré simple, Les chercheurs de la KAUST ont renoncé à un équipement de caméra coûteux de qualité recherche et à des lasers dangereux pour construire un système de vélocimétrie tomographique par image de particules (PIV) capable de visualiser quantitativement le flux. L'étude de preuve de concept démontre la puissance de recherche des appareils du quotidien, et met un outil de pointe à la portée d'un groupe plus large de chercheurs et d'éducateurs.

Le PIV tomographique est considéré comme le Saint Graal de la mécanique des fluides expérimentale :il permet d'observer les champs d'écoulement en trois dimensions à une résolution spatiale fine en suivant le mouvement des particules traceuses à l'aide d'un réseau de caméras numériques. La technique consiste à éclairer le volume de fluide avec un laser à haute intensité et à enregistrer la lumière diffusée par les particules de traceur à l'aide de coûteux, grande vitesse, caméras haute sensibilité. Ces images sont ensuite traitées par de simples algorithmes de reconstruction tomographique pour reproduire la position des particules et suivre leur mouvement dans le temps pour donner le champ de vitesse 3-D.

« Avoir accès pour la première fois au PIV tomographique permet le calcul de structures vortex complètes dans un écoulement turbulent, " explique Sigurdur Thoroddsen qui a dirigé l'équipe de recherche. " Cela peut bénéficier à de nombreuses applications impliquant des turbulences, comme le mélange ou la réduction de la traînée pour les écoulements au-dessus des profils aérodynamiques ou des voitures de Formule 1, et même l'étude des nageurs et des animaux volants.

"Mais la technique est d'un coût prohibitif pour de nombreux chercheurs, " poursuit Thoroddsen. " Nous pensons qu'il devrait être possible d'utiliser des appareils grand public pour produire des recherches de haute qualité sur divers problèmes d'écoulement. "

Le système PIV pour smartphone se compose de quatre caméras pour smartphone de 41 mégapixels positionnées à différents angles autour du volume d'écoulement - dans ce cas, un réservoir en verre rempli d'eau en mouvement et de particules de traceur de polystyrène formant un écoulement annulaire vortex. Pour surmonter la faible sensibilité des caméras du téléphone, les caméras ont été installées pour photographier les ombres des particules traceuses projetées par le bleu, lumières LED vertes et rouges, impression dans la même image les trois couleurs (voir image). Les résultats se comparent bien avec ceux obtenus en utilisant un système tomographique PIV commercial, avec des écarts de débit de circulation inférieurs à 8 %.

"Avec l'ajout du zoom optique comme on le voit sur certains des derniers téléphones, et la possibilité de prendre des clips vidéo « 4k » ou même des vidéos au ralenti, nous nous attendons à voir une augmentation significative des possibilités de cette approche, " dit Thoroddsen. " Nous avons déjà pré-commandé les derniers téléphones pour étendre notre travail. "