Une nouvelle technique d’imagerie révolutionne l’étude des phénomènes ultrarapides en combustion. Des scientifiques ont mis au point une caméra capable de filmer la formation de particules de suie à une vitesse inégalée de 250 milliards d’images par seconde. Cette avancée technologique ouvre des perspectives fascinantes pour comprendre les processus chimiques complexes qui se produisent en quelques milliardièmes de seconde lors de la combustion.
La formation de suie lors de la combustion d’hydrocarbures est un phénomène extrêmement rapide, se déroulant en quelques nanosecondes. Jusqu’à présent, les caméras existantes ne permettaient pas de capturer avec précision ces processus ultrarapides. Les chercheurs ont donc développé une nouvelle technique baptisée «femtosecond laser sheet-compressed ultrafast photography» (fsLS-CUP).
Le Dr Yogeshwar Nath Mishra, l’un des auteurs principaux de l’étude, explique : «Nous avons mis au point une méthode d’imagerie 2D novatrice, capable de saisir des phénomènes naturels extrêmement rapides. Elle utilise un laser à impulsions femtosecondes couplé à une caméra à balayage ultrarapide.»
Une vitesse d’acquisition sans précédent
La caméra fsLS-CUP atteint une vitesse d’acquisition stupéfiante de 250 milliards d’images par seconde. Pour mettre cela en perspective, elle est 20 000 fois plus rapide que les systèmes d’imagerie existants. Cette performance exceptionnelle permet d’observer en temps réel la formation et l’évolution des particules de suie et des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) lors de la combustion.
La fsLS-CUP ne se contente pas de filmer à très haute vitesse. Elle permet également de réaliser simultanément plusieurs types de mesures :
– La fluorescence induite par laser des HAP
– L’échauffement induit par laser des particules de suie
– La diffusion élastique de la lumière lors des interactions laser-suie
Cette polyvalence offre aux chercheurs une vision globale et détaillée des processus de combustion.
Des applications multiples
Bien que développée pour l’étude de la combustion, la technique fsLS-CUP a un potentiel d’application bien plus large. Le Dr Peng Wang, co-auteur de l’étude, souligne : «Notre travail marque une avancée significative en imagerie ultrarapide et en science, avec la capacité de révéler des phénomènes rapides essentiels pour la science naturelle et la technologie.»
Les domaines potentiellement concernés sont nombreux :
– Physique
– Chimie
– Biologie
– Médecine
– Énergie
– Sciences de l’environnement
Un intérêt pour l’astrophysique
La formation de suie et de HAP n’intéresse pas uniquement les spécialistes de la combustion. Le Dr Murthy S. Gudipati, expert en astrochimie des HAP, explique : «Comprendre la formation des HAP et de la suie de carbone élargit nos connaissances sur leur existence dans les conditions astrophysiques.»
En effet, les HAP et les particules de suie sont présents dans l’espace interstellaire. Ils représentent 10 à 12% de la matière interstellaire. L’étude de leur formation à haute température pourrait apporter des informations précieuses sur leur présence dans des environnements astrophysiques comme :
– Les atmosphères chaudes d’étoiles évoluées
– Les éjectas en expansion des explosions de supernovae
Une technique prometteuse en constante évolution
Les chercheurs continuent à améliorer les performances de la fsLS-CUP, notamment en termes de vitesse, de résolution spatiale et de fidélité de reconstruction d’image. Le Dr Florian Bauer précise : «La technique fsLS-CUP acquiert des données en un seul tir, en utilisant une seule impulsion laser femtoseconde, en s’appuyant sur l’acquisition comprimée.»
Cette approche innovante offre un large champ de vision tout en résolvant les détails spatiaux et temporels. Elle s’adapte à l’observation de divers signaux induits par laser femtoseconde dans les HAP et les nanoparticules de carbone.
En conclusion, la technique fsLS-CUP représente une avancée majeure dans l’imagerie ultrarapide. Elle permet d’observer des phénomènes jusqu’alors inaccessibles et ouvre de nouvelles perspectives pour la compréhension des processus de combustion et au-delà. Son développement continu promet des découvertes passionnantes dans de nombreux domaines scientifiques.
Article : ‘Single-pulse ultrafast real-time simultaneous planar imaging of femtosecond laser-nanoparticle dynamics in flames’ / ( 10.1038/s41377-024-01588-x ) – Light Publishing Center, Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics And Physics
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