Description
Date depot: 1 janvier 1900
Titre: Mesures dynamiques ou pseudo-dynamiques (100Hz) réparties de déformation par diffusion Brillouin spontanée B-OTDR
Directeur de thèse:
Renaud GABET (LTCI (EDMH))
Domaine scientifique: Sciences et technologies de l'information et de la communication
Thématique CNRS : Non defini
Resumé:
La surveillance des nouvelles infrastructures de l’énergie et du transport requiert le développement de dispositifs de mesures durables, peu intrusifs et si possible déportés aussi bien pour certains ouvrages d’art (ponts, tunnels, voie ferrée) que pour des sites de production industrielle présentant des risques ou exigeant un haut niveau de sécurité (environnement nucléaire, transport d’hydrocarbures). Ce contrôle impose notamment la mesure des déformations de structures de grande échelle en un grand nombre de points (pipelines, chemin de fer) dans des conditions difficile (rayonnement ionisant, perturbations électromagnétique, ATEX). Les capteurs à fibres optiques répondent par essence à certains de ces besoins. Si certains d’entre eux sont maintenant très éprouvés (capteurs à réseaux de Bragg notamment), les capteurs dit “répartis” (en anglais distributed) présentent de nombreux avantages et connaissent un essor croissant dans l’instrumentation des infrastructures linaires depuis 10 ans.
L’utilisation du phénomène de diffusion Brillouin spontanée ou stimulée dans les fibres optiques, effet non-linéaire sensible à la température et aux déformations mécaniques appliquées, fait l’objet d’une forte investigation scientifique et technique. Des premières solutions industrielles existent depuis une dizaine d’année. Le principe repose sur l’analyse spectrale de l’onde Stokes rétrodiffusée tout le long de la fibre à partir d’une impulsion optique injectée. Ceci peut être réalisé suivant deux principes :
1. La diffusion Brillouin Spontanée, avec un dispositif appelé B-OTDR
2. La diffusion Brillouin Stimulée, avec un dispositif appelé B-OTDA
• Le dispositif B-OTDA (Brillouin Optical Time-Domain Analyser) est aujourd’hui le plus répandu industriellement. Il présente deux avantages par rapport à la technologie B-OTDR :
o La résolution spatiale peut être réduite jusqu’à 10cm (état de l’art industriel)
o La sensibilité du capteur est meilleure et les temps d’intégration peuvent ainsi être plus faibles (quelques dizaines de secondes)
• Le dispositif B-OTDR (Brillouin Optical Time-Domain Reflectometer) peut réaliser une mesure de la fréquence de décalage Brillouin avec une résolution spatiale de 1m et une sensibilité des mesures de déformation de l’ordre de 10µm/m avec une intégration de la mesure sur une durée de plusieurs minutes. Par contre, cette méthode ne requiert l’accès qu’à une extrémité de la fibre optique utilisée comme capteur ce qui présente un avantage industriel considérable en termes de durabilité de l’instrumentation.
En effet, lors de mise en œuvre très difficiles ou en exploitation, peuvent subvenir des ruptures de fibre optique qui sont rédhibitoires dans le cas du B-OTDA. C’est pourquoi, le progrès des instruments B-OTDR est un enjeu industriel majeur.
Une partie des aides au diagnostic sur ouvrage est basée sur le comportement dynamique ou pseudo dynamique des structures (analyse vibratoire, détection sismique, géolocalisation de véhicules, VSP). La recherche sur la réalisation de mesures dynamiques par B-OTDA est d’ailleurs actuellement active, pour combler ce besoin [1].
Par contre, le B-OTDR, considéré comme moins sensible est beaucoup moins étudié et n’a pas à ce jour fait l’objet d’études pour réaliser des mesures dynamiques.
Les recherches de l’université de Tel-Aviv [1] sont très prometteuses pour les mesures Brillouin réparties dynamiques. Le principe de base est une mesure en deux temps :
- La mise en place des capteurs (fibres optiques) et l’interrogation de façon statique de ceux-ci pour connaitre la distribution linéaire de fréquence Brillouin tout au long de ceux-ci
- L’utilisation en mode « flanc de frange » du pic Brillouin pour transformer le décalage en fréquence en intensité de façon analogique suivi d’un traitement électronique rapide.
L’objet du travail proposé est de proposer, concevoir et réaliser un dispositif dynamique de mesure Brillouin spontanée (Dyn-B-OTDR) sur le même principe. Celui-ci aura des propriétés analogues mais nécessitera uniquement l’accès à une extrémité de la fibre.
Doctorant.e: Maraval Damien