Application de la diffusion Raman anti-Stokes cohérente pour l’analyse des Milieux Réactifs

L’amélioration des performances des systèmes réactifs comme les foyers de combustion aéronautiques et spatiaux représente un enjeu majeur au regard des réductions de consommation spécifique et des émissions de polluants. Analyser ces phénomènes expérimentalement nécessite le développement et la mise en oeuvre de diagnostics optiques performants capables de fournir des données quantitatives telles que la température et les concentrations des espèces. Dans le cadre de développements menés à l’Onera, plusieurs diagnostics lasers ont été développés afin de disposer d’un panel unique de techniques de mesures directement applicables dans des écoulements réactifs. Ces diagnostics optiques s’appuient sur la physique atomique, moléculaire ainsi que les interactions laser-matière. Ces diagnostics sont référencés en deux familles, l’une appartenant au domaine de l’optique non linéaire, comme la diffusion Raman anti-Stokes cohérente (DRASC) et le mélange dégénéré à quatre ondes (DFWM), et la seconde au domaine de l’optique linéaire comme la fluorescence induite par laser (LIF), la diffusion Raman spontanée et la diffusion Rayleigh. Toutes ces techniques, dont l’intérêt majeur est de permettre un sondage du milieu sans perturbation de l’écoulement, sont fondées sur les propriétés spectroscopiques des molécules et atomes ce qui permet la mesure quantitative de la température et du dosage des espèces moléculaires. De surcroît, l’utilisation de lasers impulsionnels permet de rendre les mesures instantanées ce qui rend possible l’analyse des milieux turbulents. L’objet de cet exposé consistera à présenter plus particulièrement la diffusion Raman anti-Stokes cohérente (DRASC) qui est reconnue comme un des diagnostics lasers les plus avancés pour la mesure de température et de concentration d’espèces. Des applications de cette technique sur plusieurs types d’écoulements réactifs tels que la combustion moteur-fusée et la combustion de propergols solides seront présentés. L’analyse de milieux hors-équilibre rencontrés dans des plasmas produits par des décharges nanosecondes impulsionnelles et des procédés de synthèse de nanoparticules par pyrolyse laser sera également abordée.