Détermination de la vitesse de choc

Mesure du décalage de frange : Nous venons de voir que la vitesse du front de choc est mesurée à partir du décalage de frange F de la figure d’interférence en sortie du VISAR. Il n’est cependant pas possible de le mesurer directement.

Supposons le cas illustré sur le figure (5.19). On génère une onde de choc qui se propage à vi- tesse v(t) dans une cible plane composée des trois matériaux : une couche de plastique en face avant, suivi d’une couche d’aluminium, puis de quartz. Dans la situation présentée en (a), le choc se trouve dans l’aluminium. Un faisceau sonde d’une longueur d’onde λ0dans le visible est envoyé en face arrière

de la cible. Il traverse la couche de quartz, se réfléchit à l’interface avec l’aluminium qui est opaque, puis est envoyé vers le VISAR. La figure d’interférence a un instant donné t1 est caractérisée par une série

de franges verticales. La surface réfléchissante est alors immobile, il n’y a pas de décalage de franges. Dans la situation présentée en (b), le choc a débouché dans le quartz et se déplace à la vitesse v(t). On suppose que celui-ci est suffisamment fort pour métalliser le quartz. Le faisceau sonde se réfléchit alors sur le front de choc. La figure d’interférence à un instant t2> t1est décalée d’un nombre de frange

F= F1+ f1, où F1est un nombre entier et f1une fraction de frange.

On ne peut mesurer directement que le décalage f1entre deux franges successives. Pour avoir accès

au nombre de franges entières F1décalées en plus de f1, on utilise deux VISAR de sensibilités S1et S2

différentes. Nous avons alors :

v(t2) = (F1+ f1).S1, (5.66)

et

v(t2) = (F2+ f2).S2, (5.67)

Les sensibilités S1et S2sont connues, f1 et f2sont mesurés, il ne reste plus qu’à trouver par essais

successifs les valeurs de F1et F2pour que la vitesse trouvée soit la même pour les deux VISAR.

Enregistrement de la figure d’interférence : Lors de nos campagnes expérimentales, nous avons imagé la figure d’interférence en sortie des VISAR à l’aide d’un système optique sur la fente d’une

Diagnostic actif : interférométrie VISAR 131

FIGURE5.19 : Figure d’interférence en sortie du VISAR à deux instants donnés dans le cas ou le front de choc se propage dans la cible à la vitesse v(t).

caméra streak couplée à une caméra CCD. On prélève alors une coupe horizontale de la figure d’interfé- rence, généralement en son centre, puis on la fait varier au cours du temps de façon à observer le front de choc évoluer dans le matériau d’étude. En général, on réalise des acquisitions sur une fenêtre temporelle de 5 et 10 ns.

FIGURE5.20 : Schéma de principe du fonctionnement d’un caméra streak issu de [118].

Le principe de fonctionnement d’un caméra streak est présenté sur le figure (5.20). Elle est munie d’une photocathode qui convertit les photons incidents en photoélectrons. Ceux-ci sont alors déviés au cours du temps par une rampe de tension et vont bombarder un écran fluorescent où se forme l’image. La caméra CCD est placée derrière cette écran pour enregistrer le nombre de coups lié à l’intensité lumineuse du faisceau incident.

La figure (5.21) présente une image VISAR type des expériences que nous avons réalisées. La cible tirée est identique à celle illustrée sur la figure (5.19). Le faisceau sonde possède une longueur d’onde dans le visible à 532 nm. Grâce à la caméra à balayage de fente, nous pouvons suivre l’évolution du front de choc dans le quartz. On remarque très clairement le débouché du choc dans le quartz après 3, 5 ns, puis dans le vide après 7, 6 ns. De cette façon, le diagnostic VISAR nous permet de calculer des temps de transit dans les matériaux transparents. Connaissant l’épaisseur de la couche traversée, on obtient ainsi la vitesse moyenne de propagation du front de choc. L’utilisation d’un deuxième VISAR de sensibilité différente nous donne ensuite accès à la vitesse instantanée du choc. Celle-ci n’est pas constante et décroît dans le quartz, comme présenté sur la figure (5.21).

Analyse des images VISAR : L’analyse des images VISAR est réalisée à l’aide du logiciel open- source Neutrino3 développé par T. Vinci. La phase est alors extraite du signal à partir d’une méthode

Diagnostic actif : interférométrie VISAR 133

FIGURE5.21 : Image VISAR typique.

par transformée de Fourier. Une image de référence collectée quelques secondes avant le tir est néces- saire. Elle permet de quantifier la distorsion de l’image VISAR liée à la caméra à balayage de fente. Cette distorsion se manifeste par un déphasage spatial ainsi que par un élargissement ou une réduction de la taille des franges. Il est alors essentiel de la soustraire du signal analysé pour obtenir la phase et mesurer la vitesse du front de choc réfléchissant.

Conclusions :

On utilise une caméra à balayage de fente pour obtenir l’évolution temporelle de la figure d’interfé- rence. Les images VISAR se présentent ainsi sous la forme d’un interférogramme. L’analyse se fait à l’aide du logiciel Neutrino. L’évolution temporelle du front de choc permet d’obtenir les temps de pro- pagation et de déterminer les vitesses moyennes du choc dans le matériau transparent. Deux VISAR de sensibilités différentes sont utilisés pour mesurer de décalage de frange et accéder à une vitesse instantanée du front de choc.