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INSTRUMENTATION - PROGRA2
progra2 avion

Les instruments PROGRA2 mesurent à plusieurs longueurs d'onde la polarisation de la lumière diffusée par un nuage de particules solides en suspension, en fonction de l´angle de diffusion (θ) ou de l'angle de phase (α , avec θ = 180° - α ). Ils utilisent depuis 2000 des caméras vidéo comme détecteurs (entre 1994 et 1999, les mesures étaient conduites avec des photodiodes). Pour PROGRA2-VIS la source lumineuse utilisée sont deux lasers He-Ne, polarisés aléatoirement, de longueur d´onde λ = 632,8 nm et λ = 543,5 nm, et les caméras ont une résolution spatiale d'environ10 µm/pixel. Pour PROGRA2-IR, la source lumineuse est une lampe blanche, le domaine spectral de 1.5-1.6 µm est obtenu par la sensibilité très sélective des caméras ; la résolution spatiale est d'environ 30 µm/pixel.

Un cube séparateur de faisceau est placé devant les caméras et divise la lumière diffusée en deux composantes, parallèle (//) et perpendiculaire (⊥). Les images des composantes polarisées de la lumière diffusée sont enregistrées simultanément. Entre chaque mesure, l´angle de phase est changé pour couvrir la gamme 5°-165°, par pas de 5° ou 10°. La polarisation de la lumière diffusée est donnée par la formule :

P(%) = 100 x (I- I//) / ( I+ I//)

Une troisième caméra fixée à un angle de phase de 90° mesure le flux non polarisé. Elle peut permettre, entre α=20° et α=160° de normaliser les images polarisées et d´estimer la fonction de phase en brillance. La brillance, en unité relative, est alors obtenue par la formule :

B = ( I+ I//) / I90°

L´obtention des courbes de brillance a été fortement améliorée courant 2008. Les mesures de brillance effectuées avant cette date ne sont donc pas présentées sauf pour quelques cas particuliers tels les particules de forme "régulière".

principe fiole2

L´échantillon est mis dans une fiole en verre cylindrique. En laboratoire, une petite injection d´azote au centre de la fiole permet de faire léviter les particules de manière aléatoire avec une vitesse inférieure à 0,2 m/s. Les particules floconneuses flottent quelques dizaines de secondes alors que celles de densité supérieure ne demeurent en suspension seulement quelques secondes. Plusieurs dizaines d´images sont nécessaires pour obtenir la valeur de polarisation d´un nuage de particules suspendues avec une erreur absolue sur la mesure de moins de 2%. Le diamètre équivalent de chaque grain plus gros que 20µm dans le champ de vue est calculé, puis, la distribution en taille de l´échantillon peut être établie. Aucun régime permanent de suspension des particules n'est nécessaire à l´établissement des mesures, ce qui permet d´utiliser seulement quelques grammes d´échantillon pour mener à bien l´ensemble des mesures, ce qui permet d´utiliser seulement au plus quelques dixièmes grammes d´échantillon pour mener à bien l´ensemble des mesures.

PROGRA2 est aussi utilisé en micropesanteur à bord de l´A300 Zéro-G de NOVESPACE pendant les campagnes de vols paraboliques du CNES (Centre National d´Etudes Spatiales) et de l´ESA (European Space Agency). L´échantillon est alors mis dans une fiole sous vide. Les mesures sont effectuées pendant les 20 s correspondant à la durée d´une parabole et l´angle est changé entre les paraboles. Les grosses particules typiquement de diamètre supérieur à 20µm sont bien séparées, éliminant les risques de diffusion multiple, si moins de 0,5 gramme d´échantillon est utilisé. La micropesanteur convient parfaitement à l´étude des grosses particules qui ne peuvent être maintenues en lévitation par une simple injection d´air.

fiole1 fiole2
Fiole pour la Microgravité Fiole pour la soufflette

Les mesures des particules en lévitation peuvent ˆtre comparées, dans le domaine visible, aux mesures des mêmes particules déposées en surface. PROGRA2-SURF, pour ces études en surface, utilise deux chariots mobiles avec un axe commun. Le premier chariot emporte un collimateur relié au laser (632.9 ou 543.5 nm) par fibre optique, le second emporte le cube séparateur avec deux caméras. Les mesures sont faites généralement en configuration miroir (angle d´incidence = angle de réflexion = α/2, α étant l´angle de phase).

DessinSurface manip progra2surf
Créé par JEANNOT Matthieu