Un jet de gaz supersonique, c'est comme une autoroute où certains véhicules filent plus vite que le son tandis que d'autres avancent au pas. Mesurer la vitesse de chaque voiture d'un coup, sans gêner la circulation, est un défi de taille. Les scientifiques ont trouvé une solution : ils émettent une brève impulsion laser de 200 nanosecondes (un million de fois plus courte qu'un clignement d'œil) et reconstituent l'écoulement à partir de la lumière diffusée.
Le faisceau laser traverse le jet et les molécules de gaz diffusent la lumière. En analysant le décalage de fréquence (effet Doppler, comme le changement de ton de la sirène d'une ambulance qui passe), on peut calculer la vitesse du gaz en chaque point. Une seule impulsion fournit plusieurs mesures à la fois, comme si de nombreux radars se déclenchaient simultanément. On a ainsi pu cartographier la vitesse moyenne et la densité dans le jet, et aussi observer les variations de vitesse, essentielles pour la turbulence.
Cette dispersion est liée aux ondes de choc (brusques sauts de pression) qui se forment dans l'écoulement supersonique. Elles perturbent la distribution normale des vitesses moléculaires. La nouvelle méthode permet de mesurer directement ces écarts, ce qui était auparavant presque impossible. Cela ouvre la voie à une meilleure compréhension de la turbulence et à la création de modèles plus précis pour l'aviation et l'énergie.
La durée de l'impulsion laser est de 200 nanosecondes : pendant ce temps, la lumière parcourt seulement 60 mètres, et le jet de gaz se déplace de moins que l'épaisseur d'un cheveu humain.