Capteurs à fibres optiques

Le gyrofibre est le capteur à fibre optique qui a de loin rencontré le plus grand succès industriel, avec près d’un million d’exemplaires produits. Ce chapitre cherche à vous faire appréhender le potentiel unique de cette technologie qui permet de mesurer, au bout de plusieurs kilomètres, des déphasages interférométriques inférieurs au nanoradian, soit 10-20 en relatif ... fascinant !

En croissante soutenue depuis 1990 et empruntant des composants normalisés amortis sur le marché des télécommunications optiques, la métrologie Bragg, multi-paramètres et multisectorielle, est appliquée aux environnements sévères (températures élevées, champs électromagnétiques, chocs et radiations intenses) et à la surveillance structurelle. Sa capacité de mesure dans les domaines temporel, fréquentiel et/ou spectral peut atteindre plusieurs milliers de points par fibre.

Ce chapitre détaille les techniques de réflectométrie optique, initialement développées pour surveiller les réseaux de fibres optiques après leur installation et pendant leur durée de vie, et maintenant abondamment utilisées à des fins de capteurs le long de fibres optiques. Dans ce chapitre, les trois mécanismes de diffusion de la lumière dans une fibre (Rayleigh, Raman et Brillouin) sont présentés et les schémas réflectométriques associés sont expliqués et analysés en terme de performances. Une partie de chapitre explique aussi les réseaux de Bragg fibrés et leur utilisation comme capteurs de température et contrainte. Finalement, des exemples de mesures réparties sont présentés.

Ce chapitre présente une synthèse de l’état de l’art sur les effets des radiations ionisantes sur les fibres optiques et les capteurs à fibres. Il aborde les mécanismes physiques de dégradation des fibres silicatées sous irradiation et analyse l’évolution de leurs propriétés et des performances des capteurs dans divers contextes nucléaires.

Ce chapitre présente un état de l’art des capteurs à fibre optique distribués pour la mesure de déformation, illustré par plusieurs applications développées à l’Université Gustave Eiffel. Les systèmes de détection y sont décrits, avec un focus particulier sur le composant essentiel : le câble de détection en fibre optique. Plusieurs exemples d’instrumentation démontrent l’efficacité des solutions proposées en termes de précision de mesure et de résolution spatiale.

L’intégration de fibres optiques dans des structures composites primaires concerne les secteurs industriels du transport comme l’équipement ferroviaire et la prospection en haute mer. Les procédés de fabrication sont ceux par stratification de plis unidirectionnels, par infusion de résine et par enroulement filamentaire. Avec des solutions composites ayant un sens économique et une connaissance avérée des procédés de fabrication, il est possible, grâce à une conception adaptée à l’accueil d’une instrumentation embarquée robuste, de réaliser un suivi de leurs conditions de fabrication et leur réponse en service.

Ce chapitre porte sur les récents développements de capteurs fondés sur des fibres optiques spéciales, principalement des fibres à cristal photonique. Ces fibres composées d’un cœur entouré d’une gaine de silice micro-structurée de trous d’air offrent des propriétés uniques. Des capteurs fondés sur des fibres optiques multi-matériaux, composées de matériaux très différents, sont également présentés.