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Thèse présentée à

Université de Rouen

Discipline : Physique
Spécialité : Energétique

Par

Yijia YUAN

Soutenue le 28 mars 2012

Diffusion de la lumière par un objet irrégulier et application à l’imagerie des sprays
Jury

Rapporteurs
Fabrice Onofri, Directeur de recherche au CNRS, IUSTI, Marseille
Bernard Pouligny, Directeur de recherche au CNRS, CRPP, Bordeaux

Examinateurs
Xiao Shu Cai, Professeur, Université des Sciences et Technologies de Shanghai
Thierry Girasole, Ingénieur de recherche au CNRS, CORIA, Rouen
Loïc Méès, Chargé de Recherche, LMFA, Ecole centrale de Lyon
Kuan Fang Ren, Professeur, Université de Rouen
Claude Rozé, Professeur, Université de Rouen

Résumé
L’étude de l’interaction lumière-particule (diffusion de la lumière) est essentielle pour le développement et l’amélioration de la métrologie optique. Les théories rigoureuses ne sont pas adaptées aux particules de forme irrégulière. Des méthodes numériques ont alors été développées mais elles restent limitées aux petites particules. Restent les méthodes approchées du type optique géométrique.
Cette thèse a pour l’objet de prédire précisément l’interaction entre la lumière et un objet de grande taille et de forme quelconque. Sur la base de l’optique géométrique, nous avons développé deux méthodes approchées : le modèle de tracé de rayons vectoriels complexes (TRVC) et le modèle de Monte Carlo de tracé de rayons d’onde (MCTRO). Ils prennent en compte les propriétés ondulatoires telles que la polarisation, la phase, la divergence ou la convergence de l’onde pour prédire correctement les interférences. Les deux modèles ont été validés par comparaison avec la théorie de Lorenz-Mie pour une particule sphérique. On les a ensuite utilisés pour prédire la diffusion par une particule non sphérique, un sphéroïde. Les diagrammes de diffusion simulés par les des deux modèles correspondent de façon remarquable entre eux. Le modèle peut être adapté à toute forme de particules.
Afin de tenir compte de la diffraction d’un rayon lumineux ou d’un photon, le modèle de l’incertitude d’Heisenberg (IH) a été étudié et amélioré. Notre modèle de diffraction peut prédire avec précision la diffraction par une particule de forme complexe.
Nous avons donc développé un modèle d’interaction entre la lumière et un objet quelconque suffisamment précis pour pouvoir l’appliquer à des images de spray.

Mots clés
Interaction lumière-particule, interférences, optique géométrique, tracé de rayons vectoriels complexes, Monte Carlo, diffraction, incertitude d’Heisenberg

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