L'imagerie directe des fissures dynamiques au fur et à mesure qu'elles se produisent peut nous en dire beaucoup sur la physique de la fracturation et les propriétés des matériaux de fracturation, ce qui profiterait à de nombreux domaines allant de la science des matériaux à l'ingénierie en passant par la construction. Cependant, le processus de fracturation se produit en un clin d'œil, avec des fissures dynamiques se propageant à travers plusieurs centimètres de certains matériaux mous en seulement un dixième de seconde. Des caméras à grande vitesse peuvent être utilisées pour imager directement la fissuration dynamique dans certains matériaux, mais un tel équipement est coûteux et peut être difficile à utiliser dans certaines situations ou avec certains matériaux.

Lors de la réunion de mars 2019 de l'American Physical Society à Boston, John Kolinski de l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne à Lausanne, La Suisse, présentera une nouvelle technique d'imagerie connue sous le nom de technique d'image virtuelle que lui et ses collègues Samuel Dillavou et Shmuel Rubinstein de l'Université de Harvard ont développée et qui permet aux appareils photo numériques ordinaires de capturer des millions d'images par seconde pendant plusieurs secondes tout en maintenant une haute résolution spatiale. Il participera également à une conférence de presse décrivant le travail. Les informations permettant de se connecter pour regarder et poser des questions à distance sont incluses à la fin de ce communiqué de presse.

La technique du cadre virtuel utilise la profondeur de bits d'un capteur de caméra, la quantité d'informations que le capteur peut obtenir, pour augmenter considérablement la fréquence d'images. La fissuration et de nombreux autres processus physiques sont binaires; par exemple, le matériau est fissuré ou non fissuré. Ainsi, seulement deux bits sont nécessaires pour imager une fissure. Un capteur d'image avec une profondeur de bits de 16 bits en a plus de 65, 000 valeurs de couleurs ou de niveaux de gris, ce qui signifie qu'il est possible de produire des milliers d'images virtuelles au cours d'une seule exposition. L'utilisation d'une synchronisation précise de la caméra et d'une courte impulsion de lumière intense peut augmenter encore plus la fréquence d'images. « Dans une étude récente utilisant la technique du cadre virtuel, nous obtenons des fréquences d'images virtuelles supérieures à 60 millions par seconde grâce à une synchronisation précise et un capteur de caméra avec une profondeur de bits importante, " a déclaré Kolinski.

En utilisant la technique du cadre virtuel, pratiquement n'importe quelle caméra peut directement imager les fissures dynamiques au fur et à mesure qu'elles se forment. En outre, il peut être utilisé pour étudier d'autres processus physiques rapides qui se produisent aux interfaces entre les solides et les fluides, tels que le mouillage qui se produit lorsqu'une goutte de liquide frappe la surface d'un matériau. La seule exigence est que le solide soit opaque, qu'il s'agisse d'un matériau de construction ou d'une substance molle comme un polymère. "Essentiellement, n'importe quel matériau peut être imagé avec la technique du cadre virtuel, " a déclaré Kolinski.

Les chercheurs ont testé la technique du cadre virtuel à l'aide de plusieurs types de caméras avec différentes sensibilités et profondeurs de bits, allant des caméras grand public sophistiquées à grande vitesse et haut de gamme aux caméras pour smartphone. Chaque type de caméra a pu atteindre des fréquences d'images beaucoup plus élevées en utilisant la technique des images virtuelles, ce qui, selon Kolinski, pourrait conduire à son utilisation dans de futures applications pour appareils mobiles qui pourraient mesurer les propriétés des matériaux.

Cette nouvelle technique d'imagerie promet un moyen plus simple d'étudier la fracturation et d'autres processus physiques rapides aux interfaces des matériaux. L'utilisation de caméras grand public ordinaires pour capturer des milliers d'images ou plus par seconde permet d'étudier la résistance à la rupture et d'autres propriétés des matériaux de construction, et s'il est utilisé dans les applications mobiles un jour, la nouvelle technique pourrait compléter ou même remplacer le matériel de test coûteux par un logiciel.