projection optique d'une goutte sur un écran : protocole

[Draune]

Bonjour,

Je voudrais mesurer aevc assez de précisions la taille d'un goutte (de l'ordre de mm de diamètre). Pour cela j'avais imaginer de faire une sorte de projecteur : grace à une lentille convergent, envoyer l'image de ma goutte sur un écran ; puis mesurer le rayon sur l'écran, et par les relations de conjugaisons et autres, retrouver le rayon de la goutte.
Mais je sens qu'un tas de problème vont venir se greffer : est-ce que vous en voyez déjà venir?! Quelles sont les erreurs à éviter? Quelques conseils?...
Merci
Draune
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[Draune]

Et dans un cadre général, est-ce qu'il vaut mieux avoir une ou deux lentille?
Avec une lentille, le schéma est assez simple.
Avec deux lentille, on a une sorte de lunette astronomique (en fait montage afocal).
La deuxième solution est-elle plus aventageuse que la première?
Draune

[FC05]

Pour ne pas avoir de calculs, met un objet étalon (micromètre) dans le même plan que ta goutte. La mesure est directe.

[Jeanpaul]

Pour ne pas avoir de calculs, met un objet étalon (micromètre) dans le même plan que ta goutte. La mesure est directe.

Si tu n'as pas de micromètre sous la main, tu peux employer une vis de diamètre 6 mm : le filetage a un pas de 1 mm exactement et c'est facile à projeter (mets-la à côté de la goutte).

[A voir en vidéo sur Futura]

[Draune]

Pour la vis, j'ai quand même besoin d'une précision supérieure au mm (vu que mes gouttes sont de l'ordre du mm).
Je n'ai pas de micromètre non plus : mais j'ai un Palmer (est-ce que c'est la même chose?).
De toute façon ça ne me dérange pas de faire les calculs : comme ça sera tout le temps la même relation, je rentre mes mesures dans un tableur et hop!
C'est surtout sur le plan optique et qualité de l'image (et donc la précision de mes mesures sur l'écran) que je m'interroge. Mais merci quand même à vous deux!
Draune

[Draune]

Pas d'avis...?

[Jeanpaul]

Un micromètre, c'est l'équivalent d'une règle graduée en tout petit. Un palmer c'est comme un pied à coulisse pour mesurer des objets durs ; ça pourrait à la rigueur mesurer le diamètre d'une bille référence.
Ceci dit, la méthode de calcul par les formules doit bien marcher si la lentille de projection est de bonne qualité et bien connue. Pour des billes de diamètre 1 mm, ça commence à ressembler à un objectif de microscope, non ?

[Draune]

Oui c'est une sorte de microscope que je veux faire. Mais au lieu de visualiser avec l'oeil, je veux que l'image soit sur un écran. Avec les lentilles qu'on a dans les lycées, tu crois qu'il risque d'y avoir trop d'incertitude?
Draune

[Meumeul]

tant que tu travailles près de l'axe optique, ca devrait aller...apres la qualite des lentilles n'est pas la meme dans touts les lycees....tu peux toujours verifier en mesurant la deformation d'une bille donnée quand tu t'éloignes de l'axe optique.

[Jeanpaul]

Je crois qu'on doit pouvoir utiliser un microscope pour projeter des images mais ça pose des problèmes de luminosité (il faut vraiment éclairer très fort les objets et ça risque de les abîmer).
Tu peux essayer de mettre une webcam derrière un microscope, il y aura du vignettage mais bon...

[invite212ab20d]

Bonjour,
Ta goutte est de quelle nature? Est-ce de l'eau? Un autre liquide transparent dans le visible? Comment sont generees ces gouttes? Peux-tu melanger ton milieu d'origine avec des particules absorbantes dans le visible?
Apres ces reponses je devrais y voir plus clair.

[Draune]

les gouttes sont faites de glycérine, donc transparent dans le visible. Elles sont recouverte d'une poudre de lycopodes (spores de fougères). Je ne préfère pas mélanger mon milieu d'origine vu que la tension superficielle de celui-ci joue un rôle majeur dans mes expériences : il ne faut donc pas risquer de la modifier!
draune

[invite212ab20d]

Peux-tu isoler tes gouttes de glycerine les unes des autres? Sinon sous quelle concentration volumique (gouttes / cm3) se presentent-elles? Et dans quel milieu? Peux-tu les poser sur une surface solide ou dois-tu travailler avec des gouttes dispersees dans un fluide? Lequel?

Quelle est la dispersion attendue des tailles de gouttes? entre 0.5 et 1.5 mm? autres? SI tu te oeux mesurer les tailles in situ facilement pourquoi ne pas en compter (par optique) une certaine quantite et peser? J'imagine que la densite peut être raisonnablement approximee par celle de la glycerine?

Tu dis que les gouttes sont transparentes dans le visible mais est-ce encore le cas avec tes spores de fougeres? De toute facon il y a transparence et transparence, peux-tu quantifier le facteur d'aborption du milieu (goutte + spore) en fonction de la longueur d'onde? Le côte transparent ici n'aide pas car si c'est le cas tes gouttes vont se comporter comme des lentilles spheriques si on les eclaire. La theorie complete est celle de Mie (si milieu homogene) mais peut-être peux-tu te satisfaire de l'approximation geometrique? Tout depend de la precision attendue et de l'indice complexe de ton milieu (qui en plus n'est pas homogene si je comprends bien)

De quelle source optique disposes-tu pour faire la manip?

Desole pour l'instant j'ai plus de questions que de reponses.

[Draune]

OUh c'est moins compliqué que ça!!! En fait mon but c'est de les faire rouler sur un plan incliné, mais pour confirmer ma théorie, il que je connaisse leur taille. Je les manipule donc une par une et elles sont relativement manipulables (ça se dit ça? Enfin on peut les manipuler!!). Les spores de fougères ne sont pas transparents, et c'est justement grace à ça que je compte avoir une image de ma goutte (en fait je récupère l'ombre de la goutte sur l'écran). Mes gouttes mesurent en effet autour de 0.5 à 1 mm de rayon donc je devrais rester proche de l'axe optique et l'optique géométrique devrait me suffire. La source de lumière utilisé sera une lampe halogène dont je pourrai faire varier l'intensité grace à un alternostat (je crois que ça s'appelle comme ça : appareil pour faire varier la tension d'entrée).
Voilà, je crois avoir répondu à tes questions!! (le questionneur questionné!!!)
Draune

[Meumeul]

en prenant juste la zone d'ombre (attention a voir une onde incidente la plus plane possible) tu dois pouvoir projeter directement sur le capteur d'une webcam (typiquement 3x5 mm²). Si l'onde incidente est propre, tu n'as plus qu'à mettre un etalon dans le faisceau et à filmer (tu peux donc avoir de l'info sur le mouvement...)

[Draune]

De quelle onde tu parles? Tu parles de la lumière? Et je ne veux pas avoir d'info sur le mouvement (sauf la vitesse moyenne mais là pas besoin de grand chose!). Et par expérience je sais que l'utilisation de webcam est toujours délicat : problème d'installation, il faut pas que ça vibre d'un poil,... Bref je préfère éviter!!
Draune

[Meumeul]

je parlais de la lumiere en effet. L'idee etant d'eclairer ta goutte par une source ponctelle a l'infini (equivalent a une onde plane) et a recuperer l'ombre par la webcam. Dans tous les cas, meme sans webcam, il est preferable d'eclairer la goutte de cette facon, ca devrait donner la meilleure precision.

[invite212ab20d]

J'essaie d'y voir clair et je résume ce que j'en comprends:

- tu disposes d'un certains nombre de gouttelettes (diamètres variables des unes aux autres mais compris entre 0,5 et 1mm)

- tu les fait rouler (ou glisser) sur un plan incliné ou elles vont s'enrober de spores (à moins qu'elles n'incorporent déjà les spores dès leur chutes sur le plan incliné). J'espère qu'elles ne coalescent pas et sont bien séparées les unes des autres. Restent-elles spéhériques?

- tu peux éclairer la scène avec une lampe halogène d'intensité variable

Si tes gouttes sont bien discernables les unes des autres dans la chute sur le plan incliné c'est un jeu d'enfant. Il suffit d'éclairer et plutôt que de travailler en transmission je travaillerais en réflexion. Tu prend des images durant la glissade des gouttes et tu analyses hors ligne, image par image. Tu ne dis pas que tu veux une mesure en ligne donc cette solution répond à ma compréhension du pbe. Il te sera utile d'avoir au préalable étalonné le montage en éclairant un objet de dimension connue posée dans la zone à observer.

Je ne suis pas encore sûr d'avoir compris pourquoi tu fais rouler tes gouttelettes sur un plan mais pour que ma suggestion fonctionne il faut que ton plan ait des propriétés optiques (réflectivité) assez différentes de celles des gouttelettes pour qu'on contraste apparaisse sur les images. De quel type de matériel (caméra, lentille) disposes-tu?

Si le plan incliné n'est pas nécessaire il me semble que le montage par transmission à travers ton nuage de gouttes est à préférer mais alors il te faut disperser les gouttelettes dans l'air ou un autre fluide.

Ton problème pe paraît simple mais ça serait évidemment plus facile d'en parler directement 10 minutes que d'essayer de se comprendre par messages. Tu penses à un montage lié au matériel dont tu disposes et fonction de ce que tu cherches à mesurer (je ne sais pas ce que c'est) et je pense à une solution fonction de données incomplètes, pas très efficace pour aboutir. Avec plus de précisions je pourrais peut-être t'aider mieux.

J'espère que ça t'aide.

[invite212ab20d]

Autre point. Cherches-tu à mesurer le diamètre (si supposée sphérique) d'une goutte particulière ou de plusieurs gouttes pour en tirer une info statistique? Ce n'est alors pas le même problème.

[Draune]

Ouh là là : pas si compliqué!!
Voilà : jfait un petit tas dspore de fougère ; ensuite je dépose une petite goutte de glycérine sur ce tas et elle s'enrobe spontanément de spores : j'ai fabriqué ma bille liquide. Théoriquement (et en pratique aussi) lorsqu'on dépose la bille sur une surface quelqonque, elle est en situation de mouillage nul. Mais la forme sphérique est légèreement perdu car la bille s'affaisse un peu (toujours en mouillage nul) pour abaisser son centre de gravité. A cause de cette déformation, la bille a un comportament inhabituelle : sur un plan faiblement incliné, les petites roulent plus vites que les grosses. J'ai fait un peu de théorie et il se toruve que pour confirmer expérimentalement la théorie, je dois faire rouler mes billes sur un plan incliné et mesurer leur taille (qui n'est pas exactement le rayon car elles ne sont pas tout-à-fait sphérique). Mais ma mesure se fait sur une seule bille alors que celle ci est immobile (dans la théorie je considère qu'elle garde sa forme statique alors qu'elle est en mouvement).
Comme matériel j'ai des lentilles, mais je voudrais éviter l'emploi d'une caméra qui est trop contraignant.
Draune

[invite212ab20d]

Excuse-moi d'avoir tardé à suivre ce forum. Est-ce que ton problème est encore d'actualité ou l'as-tu résolu?

A mon avis sans caméra (ou autre photodétecteur) ça semble quasi perdu vu les objets que tu souhaites éclairer.
Bien sûr la solution du microscope et observation directe (transmission) d'un goutte à l'oeil peut aussi être une solution tout à fait valable après étalonnage. Il faudrait pur te simplifier la vie que ta goutte soit immobile ou quasiment pendant le temps de l'observation.