FablabSU

- 01/02/2017 -

-Initialisation du projet: attribution des rôles, détermination des tâches à effectuer et réalisation du diagramme de Gantt.
-La plateforme laser de Master a déjà été contactée et tout le matériel nécessaire à la confection du laser est à priori disponible. Il faut maintenant rassembler le matériel:

• tube à décharge
• miroir concave
• miroir plan
• alimentation
• caméra CDD, banc optique, profilomètre, etc.

-Nous avons également déterminé les éléments de théorie nécessaires à chercher pour les prochaines séances:

• Inversement de population
• Puissance théorique du laser
• Calculs sur les miroirs (distances…)

- 06/02/2017 -

-Mise en commun des éléments recherchés pour la partie théorique, des sources utilisées:

• Définition d'un laser
• Inversement de population: pas beaucoup d'équations trouvées ni d'explications approfondies.
• Informations sur le laser He-Ne:

1. Théorie sur le fonctionnement d'un tel laser
2. L'énergie à utiliser pour l'Helium a été trouvée à 19.8-20eV

• Problème sur la cavité à utiliser: réalisation de la cavité par nous-même possible?

-Matériel: Valentin devrait pouvoir récupérer tout le matériel nécessaire auprès de la plateforme de Master et réserver une place demain.

- 13/02/2017 -

Après avoir pris contact avec Quentin Glorieux, celui-ci nous a fait remarquer que notre projet n'allait pas assez loin (la simple construction d'un laser et une application comme la télémétrie ne seraient pas suffisantes). Nous cherchons donc d'autres applications plus “complexes” pour compléter notre projet. Pour l'instant, nous avons retenu:

• Télémétrie
• Holographie
• Etude de l'effet de la température sur le laser (lié à beaucoup de phénomènes en astrophysique et à l'étude d'un gaz en général)

Le sujet n'étant toujours pas très clair, nous n'avons pas pu encore récupérer le matériel, mais il devrait pouvoir être récupéré dès que l'on sera près. Nous attendons la réunion avec Quentin Glorieux (mercredi 15/02) pour nous fixer.

- 16/02/2017 -

Quelques précisions sur l'application: étude de l'effet de la température sur le laser.

En astrophysique, il est possible d'étudier la température d'un nuage de gaz interstellaire par étude spectrale. Un tel nuage va absorber certaines raies de la lumière puis les réémettre de manière isotrope. Or la température d'un gaz induit dans celui ci une répartition des vitesses, conduisant lors de l'absorption ou de l'émission des photons à considérer l'effet Doppler. Cela se traduit alors sur le spectre d'absorption observé par des raies plus larges. On se propose de remonter à la température du gaz He-Ne du laser par cette méthode.

Problèmes rencontrés :

• Comment vérifier la température par un autre moyen?
• Le matériel résiste t-il au chauffage par four / refroidissement?

Question que l'on se pose : l'effet est il visible sur un laser ?

- 26/02/2017 -

Nous avons passé la semaine à chercher des applications ainsi que des protocoles. En résumé:

• Nous ne ferons pas l'étude de la température sur le laser ni l'holographie (pas intéressant pour le projet).
• La partie théorique sur le laser et le protocole pour les mirages ont été rajoutés sur le Wiki.
• Problème niveau matériel: la cavité que nous voulions emprunter à la base n'est pas utilisable (fuite du gaz). Nous ne pouvons avoir qu'une cavité Fabry Pérot avec miroirs fixés, ce qui nous limite niveau applications. Nous nous concentrerons donc seulement sur les mirages.

- 28/02/2017 -

Nous avons récupéré:

• une cuve d'environs 1m: celle ci est un peu bancale et fuit légèrement dans un coin, donc il nous faut la “réparer” avant de l'utiliser
• un banc optique de 99cm

Pour jeudi 02/03: chercher le laser auprès de la plateforme des Master et commencer les applications.

- 02/03/2017 -

Nous avons commencé à faire le montage.

• La cuve fuit beaucoup trop, et elle contient des pièces non utiles à notre projet. Nous allons en refaire une demain auprès du Fablab : dimensions 120x13x20
• Récupération du laser He-Ne (5mW, λ = 632.8nm), des cavaliers pour le banc optique et de supports pour la stabilité.

• Pour faire un gradient de température : utiliser des modules Peltier - en placer 4 d'un côté pour refroidir l'air, 4 autres de l'autre côté pour réchauffer. Faire passer le faisceau entre les deux plaques et observer à grande distance (≈10m) la position du faisceau et mesurer sa déviation.

• Autre piste gradient (description du montage du bas vers le haut) : Cuve en bois contenant de l'azote liquide. On superpose la cuve en PVC dans lequel circule uniquement de l'air. On superpose une plaque métallique sur laquelle on dispose des modules Peltier pour la chauffer.

• Autres pistes :
  

_ Refroidir l'eau avec de l'acétone
_ Mélange glaçons/eau bouillante
_ Glace carbonique pour refroidir l'air

• A faire : modélisation en C/C++ du faisceau laser dans le milieu pour différents modèles de gradients et peut-être avec convection.

- 03/03/2017 -

Samuel et Jean-Baptiste ont commencé les codes en C++/Matlab pour modéliser la déviation du faisceau laser. Pour l'instant, nous n'avons pas encore obtenu de courbes intéressantes à étudier (quelques corrections à faire).
Nous avons réfléchi au modèle de cuve que nous allions utiliser: nous allons en refaire une de dimensions 60x10x14 d'épaisseur 6mm (nous sommes limités par les dimensions d'une plaque de plexiglas disponible au Fablab et en faire une plus grande nous demanderait de joindre deux cuves, ce qui augmente les risques de fuites et moins de stabilité). Les plans ont été fait, il nous reste à faire la découpe laser (pas fait ce jour par manque de temps).

- 06/03/2017 et 07/03/2017 -

La cuve a été découpée au Fablab, assemblée, collée et nous avons mis les joints. Il reste à laisser sécher et vérifier qu'il n'y a pas de fuites et que la cuve tient.
Nous avons récupéré un thermoplongeur pour notre gradient de température (peut chauffer jusqu'à 80°C) ainsi que les plaques de métal.

2ème montage possible avec les modules Peltier:

On plonge les faces chaudes du Peltier du bas dans de l'eau pour absorber la chaleur (sinon l'air chaud va remonter). De même pour le haut du montage, on peut faire des trous dans la cuve de façon à laisser les faces froides des Peltier en dehors de notre système.

Objectif pour la fin de la semaine:

• finir toutes les expériences avec l'eau (sucre/sel pour le gradient d'indice; glaçons et thermoplongeur pour le gradient de température).
• avancer sur les simulations.
• rassembler/fabriquer tous les supports et cuves.

- 09/03/2017 et 10/03/2017 -

Nous avons fait les plans pour les supports pour plus de stabilité. Nous les récupérerons lundi.
L'expérience avec le sucre a été faite:

Nous avons de beaux résultats: belle déviation du rayon lumineux. Mais il nous faut attendre encore un peu afin que le sucre se diffuse mieux: la déviation est un peu trop nette à certains angles car nous avons encore deux phases assez distinctes. Nous avons pu observer deux phénomènes très intéressants:

• une figure d'interférence en sortie de la cuve (à vérifier)
• division du faisceau lumineux

Lorsque l'on perturbe le milieu (en le mélangeant un peu localement), on peut observer plusieurs faisceaux, comme si le faisceau lumineux se divisait. On pouvait aussi remarquer que cette division du faisceau lumineux se faisait généralement toujours au même endroit, et ces faisceaux semblaient se moyenner avant de ne retrouver qu'un unique faisceau. Nous allons chercher à comprendre ce phénomène et tenter de le modéliser, on fait alors une étude de la lumière dans un milieu anisotrope chaotique.

En même temps, Samuel continue les codes (rajoutés sur le Wiki) et Jean-Baptiste a commencé le traitement d'images sur Matlab avec les résultats obtenus.

- 13/03/2017 et 14/03/2017 -

Nous avons changé de support pour notre montage et sommes passés sur une breadboard pour plus de stabilité. En effet, les cavaliers étaient non adaptés et impossible d'en trouver que l'on pourrait bien fixer sur le banc optique. Nous avons pu observer de nouveau le phénomène dans l'eau sucrée mais le sucre ayant bien diffusé en 3 jours, le phénomène est moins visible. Nous pouvons utiliser la même cuve d'eau sucrée pendant maximum 3 jours, après cela, il serait difficile de faire des études sur les phénomènes observés. Il nous faudra donc vider la cuve et renouveler l'expérience jeudi. De plus, nous avons pu observer une fuite dans un coin de notre cuve, et avons rapidement réglé le problème en remettant du joint (pas besoin d'en refaire une nouvelle).

Nous avons effectué deux expériences:

• Gradient de température avec de la glace d'azote liquide et de l'eau bouillante
  

L'expérience n'a pas donné de résultats: aucune déviation observée (ou une minime si on regarde vraiment très bien). La température s'est homogénéisée trop rapidement, en seulement quelques secondes le gradient était déjà devenu très faible, et nous n'avons pas eu le temps d'observer quelque chose. Cela peut peut-être s'expliquer par le fait que nous avons versé l'eau bouillante trop rapidement et cela a favorisé le mélange de l'eau chaude et celle refroidie par le glaçon d'azote, en rajoutant en plus les échanges avec l'air ambiant, et donc l'homogénéisation de la température. Il faudrait refaire cette expérience en versant l'eau chaude lentement sur la surface ou aussi essayer d'inverser: mettre d'abord l'eau bouillante au fond de la cuve et rajouter les glaçons d'azote au dessus.

• Gradient de température avec les modules Peltier
  

Nous avons pu récupérer des modules Peltier pouvant aller théoriquement de +90 °C à -30 °C, mais nous ne devrions pas pouvoir atteindre réellement ces valeurs. Ils devraient quand même nous permettre de réaliser un bon gradient de température d'environs 70°C. Les Peltier inférieurs et supérieurs sont séparés de 5cm. Pour l'instant, nous n'avons rien observé: il semble y avoir quelques problèmes au niveau des Peltier du fait que ceux du haut (les “chauds”) surchauffent et on observe avec une caméra thermique que la température n'est pas homogène sur toute la surface. Il nous faut revoir les branchements et chercher des ventilateurs pour les Peltiers supérieurs.

- 16/03/2017 et 17/03/2017 -

• Nous avons mis en place un système optique nous permettant d'agrandir notre faisceau lumineux avec une lentille de focale f = 50mm et une autre de focale f' = 200mm séparés d'une distance d = f + f'.
• Mise au point/brainstorming sur l'algorithme pour la simulation.
• Avancement du programme sur le traitement d'images : 75%

- 20/03/2017 au 24/03/2017 -

Samuel a avancé sur la simulation/modélisation numérique de la cuve d'eau sucrée avec perturbation (évolution du gradient d'indice dans la cuve). Les codes ainsi que les graphes obtenus on été rajoutés sur le Wiki : Modélisation milieu perturbé (eau sucrée)

Mardi, la cuve a été vidée et renouvelée pour les mesures de jeudi: prendre en photo la diffusion du sucre à intervalles de temps réguliers afin de pouvoir faire un traitement d'image et remonter à la diffusion du sucre.

Dans l'ensemble, pas vraiment d'avancement dans le projet cette semaine à part pour la simulation numérique (période d'examen).

- 27/03/2017 et 28/03/2017 -

Buts pour la semaine:

• Finir tous les codes numériques.
• Faire l'expérience avec les Peltier.
• Filmer les parties nécessaires pour la vidéo.
• Déterminer le plan de l'article et de la vidéo.
• Dans l'idéal, commencer le montage vidéo et la rédaction de l'article.

Les codes numériques ont été terminés: ils seront rajoutés sur le wiki dans la semaine. Le traitement d'image fonctionne et permet de remonter à l'indice optique sur le chemin du laser, et donc à un modèle de gradient. On observe qu'au fond de la cuve, là où le sucre est en plus grande concentration, 18 heures après la mise en place de l'expérience, l'indice optique est d'environ 1.44, soit nettement plus important que l'indice de l'eau qui est 1.33.

- 31/03/2017 -

Nous avons effectué l'expérience avec les modules Peltier: nous nous sommes pour cela placé sur la longueur d'une salle (d = 790 cm) pour observer la déviation résultante.

Nous n'avons pas vraiment observé de déviations, seulement des fluctuations de rayon lumineux autour de sa position initiale, ce qui montre les mouvements d'air et de température dans les Peltier. De plus, un des quatre Peltier utilisés ne marchait plus: les Peltiers “chauds” chauffent très bien, mais seulement un des Peltiers inférieurs refroidissait: on est montés jusqu'à 80°C pour ceux du haut, 5°C pour ceux du bas. Nous sommes arrivés à descendre jusqu'à -2°C à un moment mais la température a monté: la face chauffante des Peltiers “froids” chauffait trop et les ventilateurs n'étaient pas suffisants pour dissiper la chaleur.

Par ailleurs, nous avons remarqué que l'indice optique obtenu pour l'eau sucrée est bien trop élevé, et nous n'avons pas de “bonnes photos” pour le traitement d'image. Nous avons donc préféré abandonner l'expérience avec les Peltier (vu qu'après 5/6 heures, nous n'avions qu'une faible déviation. Il nous faudrait des Peltier plus puissant et plus de temps pour obtenir de bons résultats exploitables) et recommencer une dernière fois l'eau sucrée.

- 03/04/2017 au 16/04/2017 -

Ecriture de l'article et montage de la vidéo. Les codes sont améliorés et mis à jours sur le Wiki.

Traitement d'image:

On remarque que le dernier graphe (indice) représente une courbe absolument pas continue. On peut l'expliquer de plusieurs manières: d'abord d'un point de vue expérimental, le sucre ne s'est potentiellement pas assez diffusé et ainsi, il pourrait exister une ou plusieurs phases (par exemple, une phase eau saturée et une autre avec une concentration plus faible en sucre présentant une interface). Ensuite, la modélisation implique beaucoup d’approximations. Afin de distinguer le faisceau dans la cuve, du lait y a été ajouté afin que le faisceau se diffuse un peu. Mais par ce procédé, de la diffusion parasite apparaît. Lors de la sélection du faisceau, le tri des pixels se fait à l'aide de l’intensité en rouge, avec une valeur prédéfinie empiriquement afin que « seul » le faisceau soit sélectionné. Mais le faisceau sélectionné aura de fortes chances d’être moins épais qu'il ne l'est en réalité. Une autre approximation peut aussi venir de l'affinage qui crée un faisceau d’épaisseur pratiquement nulle virtuel, et n'a pas vraiment de sens car l’épaisseur croît. Une piste pour « minimiser » ce problème serait de faire le calcul avec les bords du faisceau (valeurs minimale et maximale de l’altitude du faisceau) qui pourrait créer un faisceau « plus » continu et « plus » physique. Enfin, une dernière source d’erreur peut provenir de la théorie et notamment du calcul de l'indice. En effet, nous avions supposé que l’indice ne dépendait pas de x. Nous avons donc fait une approximation de l'altitude en fonction de x grâce à un polynôme de degré 9.

- 17/04/2017 au 23/04/2017 -

Ecriture de l'article et montage de la vidéo. Les codes sont améliorés et mis à jours sur le Wiki. Les codes de simulations ont également été ajoutés. Voir les pages respectives pour les graphes finaux et plus de détails.

Simulation

Traitement d'images: amélioré à l'aide d'un fit lors de l'affinage.