impact de l'eau ... sur de l'eau

[patry 1 971]

Sauf que c'est filmé à très haute vitesse (plus de 320 image par seconde).
Le montage est simple, un objectif photo (un téléoblectif Minolta APO 200/2.8 pour l'occasion), une bague de ma fabrication pour sortir en 31,75mm et une PLC-M (CMOS).

J'ai diaphragmé légèrement (peut être F5.6, je ne peux pas le régler finement avec mal bague) pour gagner en profondeur de champ tout en conservant une exposition courte (200 ou 300µs) pour figer les éléments de l'image, et je fait des séquences de 30 à 40" (13000 images) pendant que je fait tomber des gouttes dans un grand bol. Le plus dur est de les faire tomber dans les 2 ou 3 cm vus par la caméra !

Au bout du compte ca donne cela ...

Ou cela ...

Bon c'est pas de l'astro mais j'y ai travaillé tellement longtemps que je voulais vous le faire partager.

Marc

[leonardcauvra 3 339]

Intéressant si on s'intéresse à la formation des cratères lunaires, par exemple.
Ce serait bien de simuler l'impact d'une météorite (solide, donc) sur un sol lunaire pas trop dur pour voir se former l'impact et ses éjectas, et au final constater la forme que donne l'impact au cratère et à son environnement immédiat. Je pense par exemple à l'allure du cratère Kepler où l'on imagine le "splatsh" qui s'est produit.
Claude

[patry 1 971]

C'est une idée en effet !

L'eau, surtout à cette taille là, est soumise à la gravité évidemment, mais aussi à la tension de surface qui fait que la colonne d'eau redescend finalement plus vite qu'une goutte isolée.
Il faut finalement pas mal d'énergie pour rompre cette tension, et c'est le cas dans la première vidéo où une goutte 'tombe de haut' et on voit une dizaines de micro gouttes fuir à grande vitesse (je les retrouve à quelques dizaines de cm de là se vaporiser sur ma lampe servant à l'éclairage).

Dans la seconde, à la fin en bas à droite, une petite goutte retombe sur l'eau mais reste quelques ms à sa surface sans s'y enfoncer !

Pour simuler une surface solide, c'est pas simple, il faut un subtile mélange aussi bien pour "le sol" que pour "l'impacteur" qui ne peut plus être de l'eau je pense.
Un mélange de poudre (farine ?) et d'eau peut éventuellement faire l'affaire pour simuler le régolite lunaire ? Pour l'impacteur c'est plus délicat je pense.

Marc

[christian viladrich 7 672]

Superbe !

[jerome.greblac 138]

Perso je trouve ce travail de toute beauté
Ce n'est pas de l'astro certe
mai heureusement qu'il y as des personne comme toi qui ose le faire et le montrer
Ça prouve qu'il n'y a pas que l'astro dans la vie
À voir et à faire dans de la farine ou de la terre pour justement voir une simulation d'impact de météorite
En tout cas c'est fin et beau
Bravo
Amicalement
Jérôme

[J12 1]

ça c'est rigolo
Comment fais-tu pour obtenir une telle cadence d'image ? Y'a une astuce ?

Pour simuler un impact lunaire, je pense qu'avec de la crème fraiche épaisse ça doit bien le faire !

Julien

[patry 1 971]

J12>
Pour obtenir une très haute cadence, j'ai réduit la taille de la fenêtre de capture.
A l'origine il y a 1280x1024 photosites qui sont lus à une cadence de 30 i/s !
Bien sur, à ce rythme (déjà élevé), une goutte d'eau soumise à la gravitation qui serait lâchée d'une altitude effroyable de 50cm, se déplace déjà à plus de 3m/s soit un déplacement instantané de 10cm entre 2 poses à 30i/s !

Donc pour décomposer le mouvement il faut aller plus vite ... beaucoup plus vite. Passer en ROI 640x480 me fait déjà grimper à plus de 100i/s, allez un petit effort et je passe à 320x240 ... et autour de 320i/s à la clef (je dois avoir des pics à 360 i/s mais c'est pas trop régulier). La moyenne s'établie à plus de 320i/s, transfert et stockage (en ram) coté PC. Le logiciel n'est certes pas optimisé pour de telles cadences où les paquets de µs se payent cash.

Ensuite pour figer "une" image, il faut exposer très court ... en extérieur (à l'ombre) avec un appoint de lumière je peux accrocher les 200µs à 300µs d'exposition (un peu comme en imagerie solaire), ce qui permet dans mon cas d'immobiliser une goutte d'eau, en imagerie de figer la turbulence (qui n'a rien à voir avec la cadence d'image, même si l'une contraint l'autre).

Voila ... c'est simple, il faut multiplier les essais et servir aux amis !

Christian, jérome>
Merci à vous. Jérome, le but c'est de partager ses expériences. Et puis cela peut servir pour faire de l'imagerie solaire en très haute résolution. On a pas forcément besoin d'imager la totalité de l'astre et si un petit bout est intéressant le ROI permet de grimper aux arbres (400x400 à près de 180i/s, 640x480 à 110i/s, ou ... 320x240 à 320i/s).
Peut être qu'un phénomène "explosif" sur le soleil peut un jour nécessiter de faire 5 ou 10 captures par minute. Là il faudra bien y passer cela laisse peu de temps pour bricoler !
Pour la lune ou les planètes, ce sera plus dur vu les expositions qu'on a (inférieures à la ms ... pas facile d'avoir un tel flux).

Marc

[Ce message a été modifié par patry (Édité le 26-07-2012).]

[Alnilam 273]

Pour ce qui est de la simulation des cratères d'impact sur la Lune, c'est une activité "classique" que j'ai apprise avec l'Obs de Paris-Meudon (UFE) lors de ma formation à l'animation astro. Il suffit d'un peu de farine, de cacao et de quelques billes.

Vous trouverez quelques images pour vous faire une idée sur notre site (y'a aussi une courte vidéo "vite faite, mal faite") :

http://www.constellationsetgalaxies.org/anim1.html

Bien entendu, si ça permet d'illustrer aux enfants pas mal de concepts (éjectats en étoile, antériorité d'un cratère abîmé par un nouvel impact, "datation" des sols lunaires par l'abondance de cratètes), ça ne montre rien de la formation d'un piton central pour laquelle les images de gouttes au ralenti reste la meilleure analogie...

[POUPEAU 1 399]

Ça, c'est de la belle physique !

Chapeau Marc !

Jean-Jacques

[polo0258 38 363]

magnifique marc! on a l'impression que la goutte qui se reforme après l'impact sur la colonne d'eau tourne! très intéressant!
polo

[JMBeraud 1 771]

Ah oui très sympa.

Une question: si tu fais tomber une goutte de sirop de Grenadine dans l'eau, est-ce que la goutte rouge va remonter intégralement avant de retomber?

Là c'est en N&B, mais je serai curieux de voir ça. Je pense qu'en cherchant sur le net on doit trouver la réponse, mais à faire soi même c'est le top!

JMarc

[loic b 1]

Excellente expérience!! moi du coup je crois que je serais curieux d'itérer le truc avec tous les matériaux et densité possibles
Loïc b.

[jlucolas 93]

Bonjour,
j'ai eu la meme idée cet hiver alors que les gouttes tombaient dehors, j'en ai ramassé qqunes avec un compte-gouttes, et devant une petite Basler ça m'a donné ceci :

pas la meme qualité que patry car pas assez d'images/s.
tu as un disque très rapide pour prendre 320 ips ?
j'avais recherché une camera qui peut imager à cette vitesse, ça coute extremement cher.
tu as réussi un exploit avec du petit matériel, bravo !
jluc

[bowen 85]

Pour la petite histoire les dessinateurs de la maison Disney ont longtemps cherché à détailler l'impact d'une goutte d'eau pour le dessin animé Bambi (si ma mémoire est exacte) pour respecter le réalisme cher à leur maison de production. Ils ne disposaient pas à l'époque de votre matériel et leurs recherches s'effectuaient avec une goutte de lait! L'impact de la goutte de lait évoquera à certains la couverture d'un 33 tours de Tangerine Dream...

[Alain MOREAU 7 318]

Ne pourrait-on faire tourner devant le capteur un disque à fentes pour réaliser une multi-exposition sur une seule pose longue ?
Chaque fente balayant successivement le capteur à grande vitesse : avec beaucoup de lumière, on réaliserait ainsi facilement un chapelet.
Pourrait-on alors imaginer un traitement d'image particulier permettant d'extraire chaque exposition individuelle de ce chapelet, pour reconstituer finalement le film de l'évènement ? (c'est là je suppose la difficulté principale, dès qu'il y a superposition partielle des images entre elles)
Dans ce dernier cas, existerait-il un moyen détourné de "dater" individuellement l'arrivée de chaque paquet de photons sur chaque pixel - en quelque sorte faire l'historique de sa montée en charge (ici non linéaire, mais par paliers) correspondant au passage de chaque fente, ou bien est-ce définitivement tout mélangé à la lecture sans discrimination possible ?
Cette piste a-t-elle été explorée au niveau de l'architecture des capteurs par les fabricants de caméras ultra-rapides ?
(pardonnez mon incompétence notoire sur le sujet si la suggestion s'avère ridicule)

[patry 1 971]

Beaucoup de nouvelles questions et remarques merci.

Alnilam>
farine, cacao et billes. Par contre est-ce que les billes sont simplement "lachées" ou sont elles "lancées" ?
J'ai l'impression viscérale qu'il faut disposer d'une certaine vitesse d'impact pour simuler correctement les éjectats lunaire non ? D'autant plus que le matériau est "dense" bien entendu !

Jean Jaques> Merci, c'est effectivement de la physique "pratique" (ma prof de physique disait "avec les mains"). J'ai adoré ces années de lycée pour cela. La table traçant avec les mobiles sur coussin d'air, c'est un souvenir ému. Bien sur à cette époque, pas de caméra rapide, mais ce serait un plus pour certains tests.

polo> là on touche aux aspects microscopiques. Je ne sait pas si la goutte tourne ou si c'est pas plus simplement une onde de surface qui se propage.

JMBeraud> effectivement c'est une bonne question, mais avec une caméra noir et blanc, ce sera un peu compliqué. Et puis il faudrait faire la capture en transparence dans le bocal. C'est une idée en tout cas et comme tu dis, le plus rigolo c'est de le faire soi même !

neywen> oui, mais ce sont de longues manipes quand même ... pour 30 à 40" de capture à chaque fois. Je crois que j'ai du faire une vingtaine de Go de capture en 3 heures, c'est beaucoup et peu à la fois ! Je ne suis pas un labo non plus, c'est "un jardin", un récipient de cuisine, une pipette (doliprane pour les enfants), ...

jlucolas> c'est un problème de vitesse de capture. L'exposition est correcte (sans doute proche de la mienne ~500µs ou moins), mais le débit d'image devrait être 2 ou 3 fois plus élevé pour mieux voir la chute.
Ensuite pour le débit, c'est finalement pas si élevé que cela car l'image n'est pas très grande non plus, et puis de toute façon, vu mon matériel (DELL de 2006) je tourne avec une antiquité coté disque dur. J'utilise une fonction de bufferisation qui découple la capture de l'enregistrement. Avec la RAM actuelle c'est plus vraiment un problème de trouve 1 à 2Go de ram disponible pour une application (i.e. 2 ou 4Go de ram en tout).

bowen>
Je ne savais pas ! Merci pour cette information.

Alain Moreau>
J'ai pas trop compris, mais il y aussi une solution à base de flash stroboscopique. Le mien est bloqué à 100Hz (éclair à 1/50000e par contre). Le mieux est d'être deux car sinon il faut pouvoir synchroniser le déclenchement à partir du lacher de la goutte. Cela demande un matériel que je n'ai pas de mon coté !
J'ai par contre une autre idée toujours avec de l'eau mais il faut que cela mûrisse un peu avant d'essayer la mise en pratique.

Merci à vous en tout cas, cela me donne des idées pour tester les caméras de façon un peu différente de ce que l'on fait d'habitude.

Marc

[brizhell 2 626]

Excellent en effet, j'adore.

Dans les furieux du film rapide, il y a ca :
http://web.media.mit.edu/~raskar//trillionfps/

Bernard

[franck34 76]

Si tu pouvais faire tomber une petite bille dans la farine ca donnerait idée d'un impact lunaire.

[jldauvergne 15 098]

Joli. On sait des choses sur ce capteur ? Le nom n'a pas l'air juste, le truc qui correspond chez le fabricant c'est sauf erreur de ma part le MT9M001C12STM. Mais je ne trouve pas de courbe de réponse.

[Alnilam 273]

Pour les billes dans la farine (cf mon message précédent), il suffit de les lâcher, et encore pas de très haut sinon le cratère ressemble plus à un tunnel (ce qui n'est pas idiot car, sur sol mou, les météorites s'enfoncent parfois de plusieurs mètres). D'ailleurs (on peut l'apercevoir sur la vidéo), on prend la précaution d'enrober les billes avec du film cellophane, façon "bonbon", afin de pouvoir extraire délicatement le projectile (en le prenant par la "queue" de cellophane) sans endommager le cratère avec les doigts.

Si vous avez suivi le lien où je décris sommairement cette activité, vous aurez peut-être remarqué (dans les légendes des photos) que je parle parfois de semoule, parfois de farine. En fait les deux sont intéressantes car la farine donne une simulation d'impact sur un sol assez compressible (et avec le cacao en surface -figurant la fine couche lunaire cramée au soleil- on a l'apparition des éjectats en étoile) alors que la semoule serait un sol dur presque incompressible (donc réagissant plus par éjection des grains).

Avec des participants plus grands, on peut faire remarquer que les deux sont assez différents : avec la même bille, lâchée de la même hauteur, les cratères sont de tailles différentes (pourtant l'énergie cinétique est la même), montrant bien une différence de comportement du sol. On peut faire varier la taille des billes ou la hauteur de lâcher pour voir comment ça change la taille/profondeur du cratère formé.

Avec des encore plus grand (lycée), il serait possible (mais je ne l'ai jamais pratiqué, sauf pendant ma formation) d'établir une courbe reliant diamètre du cratère et la hauteur du lâcher (sur du papier logarithmique) et on s'apercevrait (si mes souvenirs sont exacts) que pour la farine ça croit comme le cube, alors que pour la semoule c'est en puissance 4. Et d'après nos formateur, le comportement des "vrais" sols se situe entre les deux, selon leur plus ou moins grande capacité à supporter le compression.

Tout le cahos du système solaire dans un bac à litière pour chat, ça fait rêver, non ?

[Ce message a été modifié par Alnilam (Édité le 27-07-2012).]

[Alnilam 273]

Les images de la goutte m'ont fait penser à des photos (je crois qu'il y avait eu un "post" ici dans le temps...) prises à très haute vitesse (la technique est différente : c'est un flash ultra-rapide).

En recherchant sur le Net, j'ai pu retrouver des images (gouttes d'eau, ampoule électrique traversée par un balle, etc...) et identifier l'auteur (Greg Parker) mais je ne trouve pas son site perso. A défaut, vous pouvez voir certaines de ses images sur ce site de la société vendant les flash haute-vitesse basés sur la technique de Greg Parker :

http://www.highspeedflash.com/

Autant que je me souvienne, il y avait des chutes de gouttes colorées (comme suggéré plus haut).

[Ce message a été modifié par Alnilam (Édité le 27-07-2012).]

[patry 1 971]

alnilam> la technique est franchement différente. En fait il fait des images fixes éclairées par un flash de studio, lui même synchronisé par une source (capteur de pression, barrière laser/IR, et un retardateur à la µs).
C'est une technique pointue mais qui ne peut pas faire de séquences rapides.
Il y avait eu un article qui décrivait la technique dans un (très) vieux chasseur d'images. La difficulté réside dans la synchronisation du flash (certains ont des éclairs très inférieurs au 1/50000e ce qui est plutôt le top coté amateur). Un peu trop tot, le ballon n'est pas crevé, trop tard, il n'y a plus rien à voir. Surtout que certains le font avec des projectiles de fusil qui sont supersoniques (M1.5 même), là le décalage se compte parfois en ns et l'éclair doit être réduit pour figer une balle qui se déplace à 400 ou 500m/s !

Là c'est une vraie vidéo, réalisée avec une caméra basique (300€ au catalogue) dont chaque image (datée au passage) est récupérable ! Bon je te cache pas que sur les 13300 images d'une session il y en a peut être 10000 où il n'y a "rien" !

Sinon pour la litière ... mince il faut aussi un chat pour faire l'expérience ?!?

brizhell> a 500 milliards d'image par seconde (2ps par image), je crois que je vais devoir utiliser un USB 1000 pour le débit !

Marc

[mcbernaleoth 0]

Bonjour Marc

La netteté est bien. C'est un global shutter ?

Quand j'ai acheté mon Nikon 1, j'ai tout de suite essayé avec une goutte de lait dans mon café

L'une à 400i/s, avec un 135/2.8 ouvert à 5,6 pour la profondeur de champ, plus bague allonge pour une prise de vue à 2m environ, 1600ISO.

L'autre à 1200i/s (320x120 seulement) beaucoup plus sombre...

Dans les deux cas la MàP n'est pas terrible et le rolling shutter laisse filer...

Analogie avec des cratères, mais aussi d'une particule deux, pourquoi pas

J'ai hâte de voir ce que ça donne en planétaire à 400i/s . Rien du tout ?

[Ce message a été modifié par mcbernaleoth (Édité le 28-07-2012).]

[patry 1 971]

La vache c'est un sacré capteur dans le nikon 1 aussi !
Même à 400i/s je trouve cela très bien. Et par la suite, le coup à 1200i/s c'est super impressionnant !

Pour la PLC-M, non c'est du rolling shutter, mais vu la vitesse qui sépare deux top de début d'exposition (1/300e) et le décalage avec le top de fin d'exposition (200 ou 300µs), a part des phénomènes ultra rapides ce sera pas un problème !
Le focus a été délicat, surtout que j'étais moi au 200mm/2.8 et bien sur sans AF ni assistance ! J'ai fait le point en faisant sortir de l'eau un objet et j'ai fait (tenté de faire) tomber les gouttes à cet endroit là !

Pas simple en tout cas !

Marc

[Chinaski 0]

Curieux de voir ce que cela donnerait avec de la Maïzena (fractures au moment de l'impact puis re-liquéfaction ? Conservation de la trace du cratère sur une plus longue durée ?)...