Des milliards d’images par seconde pour percer les secrets de la combustion

La compréhension des processus chimiques complexes qui se produisent lors de la combustion franchit une étape importante. Une équipe internationale de chercheurs a mis au point une technique d’imagerie ultrarapide permettant d’observer les réactions fugaces se produisant lors de l’allumage d’une flamme, offrant ainsi de nouvelles opportunités pour étudier la formation des particules nocives.

Des scientifiques du Caltech, du JPL et de l’Université d’Erlangen-Nuremberg ont développé une technique d’imagerie ultrarapide nommée femtosecond laser sheet-compressed ultrafast photography (fsLS-CUP). Cette méthode innovante permet de compiler des vidéos des détails transitoires de la combustion, auparavant impossibles à observer.

La technique fsLS-CUP se caractérise par sa capacité à capturer 250 milliards d’images par seconde. Une vitesse 20 000 fois supérieure aux caméras haute vitesse conventionnelles est atteinte, soit environ 100 fois plus rapide que les systèmes d’imagerie les plus avancés actuellement. Les résultats de cette recherche ont été publiés le 29 août dans la revue Light: Science & Applications.

Élucider les mécanismes de formation des particules de suie

La suie, considérée comme le deuxième contributeur au réchauffement climatique après le dioxyde de carbone, a longtemps intrigué les scientifiques quant à son processus de formation. La nouvelle technique d’imagerie a permis de mettre en évidence le rôle des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) dans la formation des particules de suie.

Yogeshwar Nath Mishra, co-auteur principal de l’étude et chercheur financé par le Conseil suédois de la recherche au Caltech Optical Imaging Laboratory, a indiqué : « Les films capturés grâce à notre nouvelle technique nous fournissent désormais une indication très claire que les particules de suie se développent effectivement à partir des HAP. L’observation des HAP s’attachant ensemble et formant des particules de suie naissantes, qui continuent de croître dans la flamme pour former de très grosses particules, est rendue possible.« 

Le principe de fonctionnement de la technique fsLS-CUP

La méthode fsLS-CUP utilise un laser femtoseconde, émettant une seule impulsion lumineuse pendant un quadrillionième de seconde. Ce laser est couplé à une version modifiée de la photographie ultrarapide compressée, développée dans le laboratoire de Lihong Wang, professeur d’ingénierie médicale et électrique au Caltech.

Le professeur Wang a souligné l’importance de cette avancée : « De nouvelles portes sont ouvertes par cette technologie dans les sciences biologiques et physiques, avec des applications allant de la microscopie à la téléscopie. Un potentiel d’impact sociétal significatif est présenté pour comprendre la biologie et la physique sous-jacentes.« 

Des applications étendues au-delà de la science de la combustion

Les auteurs de l’étude soulignent que la technique fsLS-CUP a des implications dépassant largement la science de la combustion. Yogeshwar Nath Mishra a expliqué : « Cette technique, capable de capturer certains phénomènes extrêmement rapides de la nature, trouve de larges applications en physique, chimie, biologie, médecine, énergie et sciences de l’environnement. »

Un intérêt pour les études astrophysiques est également présenté par cette recherche, étant donné que les HAP constituent 10 à 12% de la matière interstellaire. Murthy S. Gudipati, chercheur principal au JPL et co-auteur de l’étude, a ajouté : « Nos connaissances sur l’existence des HAP et de la suie de carbone dans des conditions astrophysiques sont élargies par la compréhension de leur formation.« 

Légende illustration : Yogeshwar Nath Mishra, co-auteur principal d’un article décrivant une nouvelle technique d’imagerie ultrarapide capable de capturer les détails fugaces de la combustion à 250 milliards d’images par seconde.

Article : « Des milliards d’images par seconde pour percer les secrets de la combustion » – DOI: s41377-024-01588-x