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La visualisation des mouvements dans les liquides ou les gaz, encore appelés écoulements, est difficile à appréhender pour les chercheurs, les ingénieurs, les créateurs d'animations ou de films de synthèse Lorsqu'ils sont par exemple turbulents, c'est-à-dire aléatoires et imprévisibles (non statistiquement prédictibles), les écoulements sont impossibles à représenter par des lois simples et donc aucun logiciel d'images de synthèse ou de trucage vidéo ne peut reproduire ce type de configuration de mouvement de fluides. Dans des conditions réalistes, la majorité les écoulements sont pourtant turbulents. On peut citer par exemple la fumée d'une cheminée, l'écoulement d'une rivière derrière une pile de pont, le déferlement d'une vague, le vent, …
Partons d'un exemple simple : la description de l'évolution de la structure de l'interface entre un liquide et un gaz lors du remplissage d'un moule opaque est très utile pour la conception du moule (fabrication de pièces mécaniques, remplissages de pots de yaourts, …) ou le choix du bon fluide pour éviter de piéger des bulles. Cependant, les expériences pour filmer le remplissage sont souvent impossibles à réaliser sans mettre en œuvre des moyens très coûteux en hommes et en matériel (rayons X, RMN…). On comprend alors l'intérêt de pouvoir réaliser des images et des animations réalistes d'écoulements qui retranscrivent au mieux les textures, les transparences… Le caractère esthétique peut représenter également un atout majeur lorsqu'il s'agit de valoriser une activité future ou un produit qui est en cours de conception. On visualise une idée de la réalité, une représentation de cette réalité. Enfin, la réalisation d'animations réalistes d'écoulements basées sur la résolution numérique des équations de la physique et de la mécanique comporte un intérêt certain pour la recherche et la connaissance car ces images et ces films peuvent permettre de mettre en évidence des mécanismes ou des phénomènes impossibles à visualiser par des expériences classiques de laboratoire. Ces deux dernières idées sont celles qui nous ont motivés initialement.
Suite aux constatations précédentes et aux discussions avec des amis ou collègues chercheurs, graphistes ou ingénieurs, et profitant de nos compétences complémentaires en création d'images de synthèse et en film d'animation (Arthur Sarthou) et de celles en simulation numérique d'écoulements turbulents (Stéphane Vincent), nous avons décidé de coupler une bibliothèque de calcul scientifique (Aquilon) avec un outil de création d'images de synthèse (3DSMAX). La démarche présentée ici est non restrictive vis-à-vis des outils et pourrait être parfaitement portée sur d'autres logiciels de mécaniques des fluides du commerce (FLUENT, PHOENICS, STARCD) ou de synthèse d'images (Maya, Lightwave…). L'idée de ce site est de décrire la démarche utilisée pour réaliser des images de synthèse réalistes faisant intervenir des écoulements (même si le jugement est difficile puisque la part artistique de la création d'image est subjective) dont les caractéristiques dynamiques et physiques (vitesses, forme de surface, interaction avec des objets, …) ont été résolues par simulation numérique des modèles physiques et mathématiques adéquats. Nous souhaiterions aussi démontrer qu'il est possible de générer des représentations accessibles et compréhensibles de la recherche et des sciences (ici pour la mécanique des fluides). Enfin, même si ce site est amateur et voué avant tout à nous faire plaisir et à tenter de faire partager notre expérience au plus grand nombre, devant les constats de désaffection de nos disciplines (mathématiques appliquées, mécanique des fluides, informatique programmation) de la part des lycéens et des étudiants, expliquer comment des métiers créatifs artistiques et scientifiques peuvent cohabiter pourrait représenter un intérêt pour donner une image différente, intéressante et motivante pour certains, de certaines filières d'enseignement supérieur. |
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