Fluorescence Induite par Laser
La Fluorescence Planaire Induite par Laser (PLIF = imagerie LIF) est une technique d’imagerie laser très sensible pour les mesures de concentration d’espèces, de fraction de mélange et de température dans les procédés de mécanique des fluides, dans les sprays et dans les systèmes de combustion. L’imagerie LIF est une méthode de visualisation de molécule spécifique à haute résolution spatiale et temporelle. Si le fluide lui-même ne contient pas d’espèces réactives en LIF (comme N2, CH4 ou de l’eau), on ensemence l’écoulement avec des marqueurs (traceurs) fluorescents pour l’imagerie de champ d’écoulement scalaire (LIF de traceur).
Principe de la LIF
Le principe de la LIF est scindé en deux étapes : l’absorption d’un photon laser suivie par l’émission d’un photon de fluorescence à l’état excité. Pour l’absorption, l’onde laser ?L doit correspondre à une transition d’énergie admissible de la molécule (atome) réactive en LIF. Seule une fraction ?LIF de ces molécules excitées rayonne, le reste relaxe sans émission de lumière. Un filtre optique sélectionne la lumière fluorescente, habituellement décalée vers le rouge, à longueur d’onde d’émission ?LIF. Seule une fraction ? de tous les photons LIF émis est détectée et convertie dans le signal de caméra SF.
Montage d’imagerie LIF
Un faisceau laser est transformé en un plan de lumière (ou volume) puis traverse la zone du fluide d’intérêt, par ex. dans les flammes, les sprays ou les écoulements thermiques. La fluorescence qui résulte des molécules excitées dans la nappe de lumière est recueillie à travers un filtre sélectif sur une caméra numérique à porte temporelle. Pour les applications UV LIF pulsées, un intensificateur d’image amplifie le signal LIF. Les images de LIF sont converties en champs de concentration ou de température après des mesures d’étalonnage
Avantages de la LIF
La LIF est une technique très sélective. Il est possible d’exciter une seule espèce pour qu’elle émette de la lumière, même dans un milieu en combustion avec des centaines d’espèces différentes. Pour des petites molécules, typiquement diatomiques, des états quantiques simples peuvent être détectés afin de déterminer la température des gaz même en condition hors équilibre. Grâce à ce décalage spectral de l’émission LIF, les interférences parasites de la lumière du jour ou la diffusion de Mie peuvent être éliminées aisément.
L’imagerie LIF est particulièrement intéressante de par le processus d’absorption résonnant en comparaison avec les techniques Rayleigh et Raman non-résonnantes. Grâce à sa sensibilité, la LIF permet de détecter des radicaux de flamme ou autres espèces à des niveaux ppm et même sous-ppm. La sensibilité et la sélectivité sont les deux principaux avantages de la technique LIF.
