Titre original :

Capteurs à fibres optiques pour l'industrie, la médecine et les applications scientifiques et technologiques

Mots-clés en français :
  • Dosimétrie OSL
  • Réseaux de Bragg
  • Dosimétrie OSL
  • Réseaux de Bragg
  • Dosimétrie OSL
  • Réseaux de Bragg

  • Capteurs optiques
  • Fibres optiques
  • Optoélectronique
  • Mesures optiques
  • Langue : Français
  • Discipline : Sciences physiques
  • Identifiant : Inconnu
  • Type de mémoire : Habilitation à diriger des recherches
  • Date de soutenance : 01-01-2011

Résumé en langue originale

Le concept de Capteur à Fibre Optique (CFO) date des années 1970. La métrologie par fibre optique a ainsi évolué parallèlement aux télécommunications optiques dont elle emprunte l'essentiel des développements technologiques (cliveuse, soudeuse, connectique, analyseurs de réseaux, sources laser, détecteurs, multiplexeurs-démultiplexeurs, filtres, amplificateurs, modulateurs, commutateurs, injecteurs-extracteurs etc.) mais aussi les procédés de codage haut débit (Terabit/s sur une fibre optique par exemple) des informations dans les domaines temporel (Time-Division Multiplexing, TDM) et bien sûr spectral (Wavelength-Division Multiplexing, WDM). On distingue les CFO ponctuels dénommés "distribués" (e.g. réseaux de Bragg) des CFO "répartis" par réflectométrie (Optical Time Domain Reflectometry – OTDR) de diffusion Raman (Distributed Temperature Sensor - DTS), Brillouin (B-OTDR) ou Rayleigh (Optical Frequency-Domain Reflectometry – OFDR).- Ces derniers présentent une capacité de mesure inégalée par les technologies conventionnelles (plusieurs dizaines de milliers de points de mesure sur une seule fibre optique) et une grande simplicité dans le câblage et l'analyse de données. Pour sa part, le Laboratoire de Mesures Optiques (LMO) du CEA travaille depuis 1992 sur 3 procédés génériques : la réflectométrie (Raman, Brillouin, Rayleigh), les réseaux de Bragg (Fibre Bragg Gratings – FBG)) et la dosimétrie OSL (Optically Stimulated Luminescence). Le LMO maîtrise toute la chaîne de mesure optoélectronique des procédés Bragg (FBG) et OSL, de la conception du capteur jusqu'au traitement de l'information et aux essais sur site, en liaison avec l'exploitant, utilisateur final.- Les secteurs d'applications concernent principalement le génie civil (mines, terrains, tunnels, digues, ponts, barrages etc.), les structures intelligentes (smart structures), les transports (maritime, aéronautique, ferroviaire), la filière électronucléaire (réacteurs, démantèlement, stockage des déchets), la production, le stockage et le transport de l'énergie (hydrogène, transformateurs de haute tension, etc.), la production pétrolière, le contrôle de procédés et la médecine. Les CFO donnent accès à des mesures de température, déformation, déplacement, pression, courant, inclinaison, dose de radiation, concentrations (gaz, liquide, …), indice de réfraction, etc. Ils sont petits, légers, adaptés à des endroits difficiles d’accès (capteur passif, sans alimentation électrique locale) et permettent de couvrir des distances importantes (plusieurs dizaines de kilomètres, voire plus). Les CFO sont placés en réseau (RCFO) selon une topologie reconfigurable (série, parallèle, etc.). Un système de détection mutualisé, déporté en un lieu sûr, enregistre alors toutes les données multipoints et multiparamètres du RCFO, en temps réel si besoin est. Contrairement à une idée reçue commune, les CFO ne sont pas plus fragiles que les capteurs traditionnels (électriques) sitôt qu'ils sont convenablement dimensionnés.- A contrario, les CFO ont longtemps été commercialisés sur des marchés de niche correspondant à des applications de métrologie particulièrement exigeantes pour lesquelles les capteurs traditionnels ne présentent pas une fiabilité satisfaisante (e.g. très haute température, fortes perturbations électromagnétiques, transparence aux radiations, dose élevée). Suite à l'explosion de la bulle spéculative des télécoms en 2001, le marché est de nouveau en forte croissance depuis 2004-2005 (surtout pour les capteurs répartis) et concerne principalement les secteurs de la sécurité, des structures intelligentes et de la production d'énergie (gaz, production pétrolière, réseaux d'électricité etc.). L'essentiel de mon travail au LMO depuis ma thèse a porté sur la métrologie par réseaux de Bragg et par OSL.- J'illustrerai ma présentation par des projets applicatifs menés dans des domaines aussi divers que le génie civil, la sureté nucléaire, la production pétrolière, la surveillance des structures et la médecine et celle-ci donnera lieu à une discussion sur les perspectives offertes par ces procédés de métrologie en constante évolution.

  • Directeur(s) de thèse : Douay, Marc

AUTEUR

  • Magne, Sylvain
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