Voir la source de Strioscopie

{{Ébauche|optique}}
[[Image:Schlierenfoto Mach 1-2 gerader Flügel - NASA.jpg|thumb|Compression à [[Nombre de Mach|Mach]] 1,2 observée par strioscopie ([[National Aeronautics and Space Administration|NASA]]).]]
[[File:Anim Schlieren Balle.gif|thumb|Écoulement autour d'une balle.]]

La '''strioscopie''' (ou méthode « schlieren »<ref>{{Lien web |langue=fr |auteur1=Jean-Pierre Prenel |auteur2=Paul Smigielski |date=10 juillet 1999  |titre=Strioscopie |url=https://www.techniques-ingenieur.fr/base-documentaire/sciences-fondamentales-th8/bases-en-mecanique-physique-42110210/mecanique-des-fluides-af3332/strioscopie-af3332niv10003.html |site=[[Éditions techniques de l'ingénieur|Techniques de l'ingénieur]] |consulté le=2023-04-04}}.</ref>) est une méthode [[optique]] de visualisation qui permet d'isoler dans une image les détails et petites variations, notamment des faibles variations d'[[indice de réfraction]] comme lors de la compression de l'air ou d'autres [[Fluide (matière)|fluide]]s. Elle est largement utilisée en [[aéronautique]], bien que son rôle devienne de moins en moins important du fait du développement des simulations de [[mécanique des fluides]] par ordinateur.

On peut parfois remarquer les troubles dans l'air au-dessus des radiateurs ou du goudron chaud : la strioscopie permet de visualiser ce type de [[turbulence]]s avec une bonne précision. En optique, elle donne également lieu à des expériences didactiques spectaculaires, comme la mise en relief d'empreintes sur une plaque de verre ou encore la visualisation de la dissolution du sucre dans l'eau.

D'une manière imagée, l'idée fondamentale de cette méthode est de ''retirer la lumière qui n'a pas été déviée par l'objet'' (par exemple le fluide étudié). En effet, seuls les rayons déviés par celui-ci correspondent à des turbulences (ou fréquences spatiales hautes en optique). Pour réaliser cela, il faut d'abord réaliser une image de la source de lumière à l'aide d'une [[lentille optique|lentille]] convergente. À l'endroit précis de l'image géométrique passent les rayons qui n'ont pas subi de déviation (fréquences spatiales nulles). On les élimine avec un ''filtre''. Les autres rayons (qui ont été déviés) ne sont pas focalisés au même endroit et peuvent donc passer afin de former une image filtrée. En résumé, on élimine le fond continu de l'image et, conséquemment, les détails ou turbulences de l'objet, qui étaient « noyés » dans ce fond continu, ont un contraste grandement amélioré.

Dans l'exemple des turbulences d'un fluide, l'image formée est noire en absence de turbulence, et lumineuse aux endroits turbulents.

== Invention ==
La strioscopie est inventée par les physiciens [[Léon Foucault]] en 1859{{sfn|Slangen|2013|id=Slangen2013}}{{refconf|date=avril 2023}} et {{lien|August Toepler}} en 1864<ref>{{Harvsp|Hoerner|1965|p=1-5|id=Hoerner1965}}.</ref> pour étudier le mouvement [[supersonique]].

Elle est parfois appelée « {{lang|de|schlieren}} », de l'allemand ''{{lang|de|Schliere}}'', « traînée »<ref>{{Lien web |titre=schlieren |url=https://fr.pons.com/traduction/allemand-fran%C3%A7ais/schlieren |site=fr.pons.com |éditeur=[[Pons-Verlag]] |consulté le=2023-04-04}}.</ref>.

Depuis, cette technique est couramment utilisée dans l'ingénierie aéronautique pour photographier les écoulements autour d'objets.

== Principe ==

Le schéma suivant résume cette méthode. Le filtre utilisé est simplement un ''point'', un fil de fer, ou une lame (« couteau de Foucault »).

[[Image:Strioscopie.jpg|centre|vignette|redresse=1.6|Le faisceau orange est émis par une source lumineuse. Le faisceau encadré par les rayons verts est la partie de cette lumière qui a été diffractée par l'objet à étudier. La lumière directe de la source, qui converge au centre du plan de Fourier, est éliminée par le filtre, et les rayons verts forment l'image filtrée de l'objet.]] 

La strioscopie est une application du [[filtrage spatial]] en [[optique de Fourier]]. En effet, la [[Théorie de la diffraction|diffraction de Fraunhofer]] nous indique que la lentille crée, dans son [[Distance focale|plan focal]] image, la [[transformée de Fourier]] de l'objet en question. On visualise ainsi, dans ce plan, les [[fréquence spatiale|fréquences spatiales]] associées à l'objet, et le filtre cité plus haut est placé dans ce même plan afin d'éliminer certaines de ces fréquences spatiales. Cette interprétation ondulatoire de la strioscopie la rend comparable à un [[filtre (électronique)|filtrage]] [[Filtre passe-haut|passe-haut]].

On suppose que l'objet a une transmission <math> t(x,y) </math> dans le plan de l'objet défini par les axes <math> x </math> et <math> y </math>. En supposant l'amplitude du [[front d'onde]] est uniformément répartie et égale à <math> A_0 </math> avant d'avoir traversé l'objet, par définition, l'amplitude du front d'onde après traversée de l'objet sera : 

<math>A(x,y)= A_0 t(x,y)</math>.  

Donc d'après le résultat fondamental de l'[[optique de Fourier]], l'amplitude du signal dans le plan de Fourier sera proportionnelle à 

<math> A'(x',y')= A_0 TF(t(x,y))(x',y')= A_0 \iint t(x,y)e^{-i\frac{2\pi(x'x+y'y)}{\lambda d}} dx dy </math>  

avec <math> d </math> la distance entre l'objet et le plan de Fourier. On peut alors visualiser sur un écran ou avec une caméra (auquel cas on utilisera une lentille pour projeter l'image de l'objet sur cette caméra). 

Dans le cadre de la strioscopie, les objets à étudier sont transparents et n'ont donc d'effet sur le front d'onde qu'en décalage de phase. La transmission de l'objet s'écrit ainsi : 

<math>t(x,y)=\exp(i\Phi(x,y))</math>.  

Dans le cadre des petites variations de phase on peut approximer cette expression par 

<math> t(x,y)= 1+i\Phi(x,y)</math>

d'où dans le plan de Fourier <math> (x',y') </math> l'amplitude de front d'onde : 

<math>A'(x',y')= A_0(\delta(x',y')+iTF(\Phi(x,y))(x',y'))</math>

où <math> \delta(x',y') </math> est la [[Distribution de Dirac|fonction de Dirac]] (un pic fin à <math> x'=y'=0 </math>).  

Le filtrage par strioscopie consiste à cacher cet ordre 0 de la figure de diffraction, soit l'image géométrique de la source par la lentille. Dans le plan <math> (X,Y) </math> de l'image de l'objet, sur l'écran, l'amplitude du front d'onde sera alors : 

<math> A(X,Y)=A_0 TF^{-1}(A'(x',y'))(X,Y)=A_0\Phi(\frac{X}{g_y},\frac{Y}{g_y})</math>  

avec <math> g_y </math> le [[grandissement]] total du [[système optique]] entre le plan objet et l'écran. L'éclairement dans le plan de l'écran, donné par le module au carré de l'amplitude, sera donc de la forme : 

<math>E(X,Y)=E_0\Phi(X/g_y,Y/g_y)^2</math><ref>{{Lien web |auteur1=Hervé Sauer |auteur2=Joëlle Surrel |titre=Description du filtrage de la strioscopie |url=http://www.optique-ingenieur.org/fr/cours/OPI_fr_M03_C04/co/Contenu231.html |série=Techniques microscopiques |site=optique-ingenieur.org |consulté le=2023-04-04}}.</ref>.  

La strioscopie permet ainsi de visualiser une image proportionnelle au carré du déphasage. Elle met en évidence de faibles déformations de front d'onde introduites par l'objet, sans toutefois permettre de connaître leur signe.

== Notes et références ==
{{Références}}

== Bibliographie ==
{{Légende plume}}
* {{Ouvrage |langue=en |prénom1={{lien|Sighard F. Hoerner}} |titre=Fluid-dynamic drag |sous-titre=theoretical, experimental and statistical information |lire en ligne=https://ia600707.us.archive.org/13/items/FluidDynamicDragHoerner1965/Fluid-dynamic_drag__Hoerner__1965_text.pdf |format=pdf |éditeur= |année=1965 |isbn= |oclc=228216619 |id=Hoerner1965 |plume=oui }} {{Commentaire biblio|S. F. Hoerner, lui-même d’origine allemande, précise : {{Citation bilingue|langue=en|“Schlieren” is not the name of a man; it is the German word for “streaks”|Schlieren n’est pas le nom d’une personne ; c’est le mot allemand pour « traînée »}}.}}
* {{Ouvrage |langue=fr |prénom1=Pierre |nom1=Slangen |titre=Contribution de l ’optique appliquée à la mécanique et aux sciences des risques |nature ouvrage=[[habilitation à diriger des recherches]] |passage=89, 91-94 |date=2013-06-14 |lire en ligne=https://hal.science/tel-01962570 |consulté le=2023-04-04 |id=Slangen2013 |plume=oui}}

== Voir aussi ==
=== Articles connexes ===
* [[Filtrage spatial]]
* [[Optique de Fourier]]
* [[Optique adaptative]]

=== Liens externes ===
* {{vidéo}} [https://www.youtube.com/watch?v=mLp_rSBzteI  Schlieren Optics], démonstration d'un système à strioscopie,  [[Université Harvard|Harvard]] {{lang|en|Natural Sciences Lecture Demonstrations}}, sur [[YouTube]].
* {{Lien web |titre=Strioscopie ou comment visualiser les mouvements de l'air |url=http://orgue-bernard.blog4ever.org/trioscopie-ou-comment-visualiser-les-mouvements-de-l-air |site=L'orgue de barbarie de Bernard et Philippe |consulté le=22/11/2019}}

{{Portail|Optique}}

[[Catégorie:Optique ondulatoire|Strioscopie]]