Skip to content. | Skip to navigation

Emergences

Lettre d'information n° 03

Image emergences pour impression
Personal tools
You are here: Home 2009 Lettre d'information n° 03 Fluminance analyse l'image des fluides
Document Actions

Fluminance analyse l'image des fluides

L'Inria crée une nouvelle équipe de recherche pour améliorer les techniques d’estimation du mouvement des écoulements fluides à partir de séquences d’images. Les applications concernent aussi bien la météo, que l'aéronautique ou la protection de l'atmosphère autour des postes de travail en usine, comme l'explique Etienne Mémin, directeur de l'équipe.

L'Inria crée une nouvelle équipe de recherche pour améliorer les techniques d’estimation du mouvement des écoulements fluides à partir de séquences d’images. Les applications concernent aussi bien la météo, que l'aéronautique ou la protection de l'atmosphère autour des postes de travail en usine, comme l'explique Etienne Mémin, responsable de l'équipe.

 

"Nous lançons Fluminance avec le Cemagref de Rennes", un institut de recherche finalisée pour la gestion durable des eaux et des territoires. "Il y a quelques années, nous nous étions associés dans le cadre d'un projet européen. La constitution d'une équipe commune se situe dans le prolongement de ce partenariat." Pourquoi cet institut ? Parce que "certains de ses chercheurs travaillent sur des problèmes de  mécanique des fluides liée à la  qualité de l'air et à la protection d'environnements  localisés."

Dans beaucoup d'usines, la qualité de l'air n'est pas une mince affaire. Certaines activités exigent une atmosphère sans poussière. D'autres engendrent des émanations plus ou moins toxiques. Ce qui conduit les industriels à vouloir optimiser les flux ambiants autour des postes de travail. Avec, à la clé, des qualités d'air différentes en fonction de l'espace. Pour cela, encore faut-il pouvoir mesurer ces écoulements d'air et  autres fluides. Une problématique que l'on retrouve aussi dans les sciences environnementales : météorologie, climatologie, océanographie.

L'image contribue depuis longtemps à l'étude de ces phénomènes, que ce soit la photo satellite ou autre. "Nous filmons ces séquences pour en extraire des descripteurs (vitesse des nuages par exemple) et analyser les écoulements géophysiques." Mais attention : "Il existe des méthodes d'analyse qui s'appuient exclusivement  sur la photométrie des images et cherchent à extraire directement le déplacement d'un groupe de pixels entre deux instants."  Contrairement à cette approche, "nous ne raisonnons pas uniquement sur ces éléments  visuels. Nous contraignons la solution à respecter  des lois physiques décrivant l'évolution des phénomènes observés. On s'attache ainsi à construire des méthodes en accord avec la cinématique et les équations de la mécanique des fluides. Sur une séquence d'images météorologiques par exemple, la vitesse extraite doit être en concordance avec les a priori forts de la physique des écoulements atmosphériques. C'est une mesure image complétée avec des modèles dynamiques des écoulements."

Ce thème de recherche prend un relief particulier quand on aborde les phénomènes d'échelle. "Dans les méthodes prévisionnelles, les scientifiques travaillent sur des modèles à grande échelle. En météorologie, le maillage spatial  porte sur des dizaines de kilomètres. En climatologie, on passe à un modèle sur des centaines de kilomètres avec une échelle de temps de plusieurs années." Or, l'image produit une information plus fine. "C'est de l'ordre du kilomètre." Problème : "entre la grande et la petite échelle, le couplage est très difficile. Car pour accéder à cette petite échelle, la simulation numérique doit tout prendre en compte." Le moindre système nuageux,  ou le relief local par exemple. "Plus on descend dans le détail, plus il faut intégrer des phénomènes thermodynamiques  extrêmement complexes". L'exactitude du résultat dépend de l'exhaustivité des paramètres intégrés. "Des successions de phénomènes infinitésimaux finissent par exercer une influence sur le modèle. A partir d'une condition initiale, une petite perturbation va conduire, au bout d'un certain temps, à des solutions totalement différentes.  Or les modèles déterministes utilisés, eux, sont faux. Tout simplement parce qu'ils sont simplifiés."  Pourquoi ? "Parce qu'on ne peut pas tout y mettre. Il est trop difficile de gérer tous les détails. Par son analyse des descripteurs d'images, Fluminance espère donc contribuer à concilier deux points de vues complémentaires sur le système."

Les applications se situent d'abord du côté des sciences environnementales. "Nous espérons pouvoir expérimenter nos technologies dans des modèles météorologiques qui fonctionnent en routine pour la prévision du temps par exemple." Mais ce n'est pas tout. L'équipe de chercheurs s'intéresse aussi aux écoulements industriels. "Il y a là un gisement d'applications considérable. On peut ainsi vouloir caractériser finement un écoulement en soufflerie, fournir des données précises aux mécaniciens des fluides." Les constructeurs aéronautiques en particulier sont très friands de ces études aérodynamiques.

Dans ce sillage se profile un autre enjeu. Celui du contrôle. "L'image est un témoin des phénomènes.  Mais après la phase de l'analyse, on voudrait, en plus, un retour.  Ce qui nous intéresse c'est de nous porter vers les méthodes de contrôle de ces écoulements. C'est à dire des lois de commandes modifiant les actionneurs qui vont agir sur les fluides. On peut vouloir atteindre un régime donné d'écoulement, accroître ou diminuer une turbulence, atténuer un vortex (tourbillon d'air), augmenter des capacités de mélanges, etc... C'est un enjeu industriel pour de nombreuses  applications. Le contrôle du décollement d'air sur les ailes d'avion par exemple, ou encore la diminution des signatures infra-rouges pour les militaires en sont deux exemples."