Holographie numérique pour la vélocimétrie par images de particules : extraction des trois composantes du champ de vitesse dans un volume

Les travaux de recherche presentes dans ce memoire portent sur l'estimation de champs de vitesse tridimensionnels a partir d'hologrammes numeriques en ligne de microparticules. Le contexte applicatif est l'etude quantitative d'ecoulements de fluides. Nous proposons un algorithme fonde sur une extension de la technique 2D de Velocimetrie par Image de Particules au 3D sans reperage individuel des marqueurs. Il permet de travailler avec un plus grand nombre de particules que les algorithmes classiques de suivi. Une etude approfondie des fondements theoriques de l'holographie numerique de microparticules est presentee. Cette etude passe en revue les aspects enregistrement, numerisation, restitution et caracterisation du bruit dans les hologrammes et les images restituees. Elle aboutit a la definition de parametres fondamentaux de la technique (fonction de la distance d'enregistrement et du diametre des particules notamment) et a l'evaluation du rapport signal sur bruit. Pour une plus grande flexibilite d'utilisation de l'holographie numerique en ligne, une etude de l'influence theorique de l'ajout d'un objectif dans le montage est presentee. Une procedure de calibrage du systeme est deduite puis validee experimentalement. Une etude theorique de l'influence du fenetrage de la fonction de Fresnel lors de la reconstruction est ensuite menee. Elle permet d'expliquer l'origine d'oscillations dans le profil axial d'une particule reconstruite. Des resultats experimentaux montrant l'existence de telles oscillations sont presentes. Cette etude met aussi en evidence un parametre de forme qui permet de controler l'allure du profil axial des particules reconstruites. Des techniques de segmentation de particules dans le volume reconstruit sont ensuite developpees. Elles sont testees sur des simulations d'hologrammes de mille particules. Enfin l'algorithme d'estimation de deplacement est presente puis valide d'une part sur des hologrammes simules de particules assujettis a un gradient de vitesse et d'autre part sur des hologrammes reels de particules deposees sur des lamelles de microscope.