résolution maximale de 1024x1024 pixels, l’intensité lumineuse sur chaque pixel est codée sur 8 bits, la vitesse d’acquisition dépend de la taille des images et vaut typiquement 1000 images par seconde pour des images de 1024 pixels de côté. On éclaire le tout de manière directe en intercalant entre l’impacteur et la source lumineuse un écran diffuseur. L’éclairage provient d’un projecteur à lumière continue HMI de 575 W de puissance.
4.3 Impacts sur une cible de petite taille
4.3.1 Chronologie
Fig. 4.2 – Chronologie de l’impact. Le temps va de gauche à droite et de haut en bas. Le temps entre chaque image est de 3/1000 s. La taille de la goutte initiale est de d0 = 6 mm, chaque vignette fait environ 53 mm de largeur et de hauteur et le nombre de Weber associé est : We = 1400.
La figure 4.2montre une série d’images détaillant la chronologie de l’impact. La goutte initiale tombe verticalement au-dessus d’une cible (image 1 et 2). Une fois que la goutte touche la cible, une nappe liquide se forme et on observe son expansion (image 3 à 6). Le film liquide au centre devient de plus en mince et finit par casser. Le bord extérieur recesse,
tandis qu’un bord intérieur, dû à la rupture du film liquide au centre de la nappe, croît radialement (image 7). La rencontre des deux bourrelets liquides initie la brisure (image 8 et 9).
4.3.2 Influence du nombre de Weber
Fig. 4.3 – Chronologie de l’impact. Le temps va de gauche à droite et de haut en bas. Le temps entre chaque image est de 3/1000 s. La taille de la goutte initiale est de 6 mm, chaque vignette fait environ 53 mm de largeur et de hauteur et le nombre de Weber associé est : We = 500.
Pour ce type d’impact les différents paramètres physiques importants sont le diamètre initial d0 de la goutte, la vitesse U0 au moment de l’impact et la tension de surface σ.
Le rôle de la viscosité est délicat. Après le choc initial, la nappe se développe dans l’air ambiant, la dynamique est alors inertielle. Cependant, pendant le choc, la viscosité est déterminante pour connaître la vitesse d’éjection du fluide. Ce problème est très similaire au cas rencontré par Antkowiak, Bremond, Le Dizès et Villermaux [2] lors de leur étude sur la déformation et l’évolution d’une interface liquide située dans un tube lors d’un impact. Toutefois, leur dynamique se déroule loin de toute surface solide et par conséquent, la viscosité n’intervient pas durant l’impact. Les effets de la viscosité se font ressentir lors de l’évolution du jet liquide. Dans notre cas, la viscosité intervient au moment du choc,
4.3 Impacts sur une cible de petite taille 99 elle va, entre autres, jouer un rôle sur la vitesse d’expansion de la nappe. Après le choc initial, la viscosité est présente lors de la formation et de l’évolution des ligaments liquides ainsi qu’au sein de la nappe, puisque nous montrons qu’il existe des différences de vitesse. Durant nos expériences, nous n’avons pas fait varier la viscosité du fluide, par conséquent, nous n’en tiendrons pas compte dans le reste de notre exposé.
En regardant la chronologie, on remarque qu’au moment de l’impact, il y a un transfert de quantité de mouvement. Initialement, nous avons un mouvement de chute vertical et après l’impact, un mouvement radial d’expansion selon un plan horizontal. On remarque aussi que la tension de surface tend à ramener la nappe vers le centre. On se retrouve dans une configuration où deux forces sont en compétition, une force inertielle et une force de tension de surface. C’est donc tout naturellement que l’on va utiliser le nombre de Weber qui exprime le rapport de ces deux forces :
W e = ρ U
2 0d0
σ (4.1)
Faire varier l’un de ces trois paramètres revient à faire varier le nombre de Weber, nous avons donc fait uniquement varier la vitesse d’impact U0. Les figures 4.2 et 4.3 montrent la chronologie pour deux impacts ayant des vitesses différentes. Le premier se fait avec un nombre de Weber égal à 1400, tandis que le second avec un nombre de Weber égal à 500. On constate des différences notables, l’expansion de la nappe est d’autant plus rapide que le nombre de Weber est grand, la taille maximale de la nappe est elle aussi d’autant plus grande que le nombre de Weber est grand. On remarque aussi que le nombre de gouttes augmente tandis que leur taille diminue.
4.3.3 Temps d’impact
La figure 4.4 représente une série d’images montrant l’impact d’une goutte vue de côté. Le nombre de Weber est d’environ We = 1400. Le temps va de gauche à droite et de haut en bas. La fréquence d’acquisition est de 1500 images par secondes. La première image montre la goutte sur le point de toucher la cible. Sur la suivante, on observe son écrasement ainsi que les prémices de la future nappe. Sur les deux images suivantes, on remarque la disparition de la goutte initiale. Tout le liquide passe de la forme initiale vers la nappe en seulement 2 images. Le temps d’impact est très court devant le temps de vie de la nappe qui s’étend à cette fréquence entre 40 et 50 images.
L’impact est visible sur les images 2 et 3. A partir de l’image 4 on observe l’évolution de la nappe avec une expansion radiale. A partir de l’image 8, la nappe passe à travers l’impacteur et continue de chuter. Ceci n’entraîne pas de rupture du film. Elle interviendra plus tard, lorsque la nappe liquide deviendra trop mince.
Fig. 4.4 – Vue de côté d’un impact. Le temps va de gauche à droite et de haut en bas. L’intervalle de temps entre chaque image est de 1/1500 s, la goutte initiale a un diamètre de 6 mm, chaque vignette mesure environ 50 mm de large et 25 mm de haut. Le nombre de Weber associé est de : We = 1400.