Réseaux de Bragg en optique guidée
Capteurs à fibres optiques à réseaux de Bragg

La silice, de par de son exceptionnelle résistance à la cristallisation et à la corrosion, présente toutes les vertus pour remplir bon nombre de fonctions optiques du visible au proche IR. De nos jours, les fibres optiques en silice sont largement utilisées dans le domaine des télécommunications et il est devenu presque banal de rappeler l’utilisation massive de ce support de transmission, depuis le réseau local jusqu’aux liaisons intercontinentales. Or, depuis plus de vingt ans, on sait que les fibres optiques peuvent également jouer le rôle d’excellents transducteurs de mesure.

En fait, c’est en cherchant à immuniser les transmissions de données de l’influence de l’environnement qu’apparut l’idée d’employer les fibres optiques comme éléments transducteurs. En effet, si l’environnement (champs électromagnétiques, contraintes...) ne perturbe pas ou peu l’information codée en intensité que la fibre transmet (cas des transmissions numériques codées en 0 ou 1), par contre, celui-ci influe sur d’autres paramètres de l’onde optique tels que de la phase, l’Etat de Polarisation (EdP), etc. Après cette constatation, les développements consacrés aux capteurs à fibres optiques (CFO) débutèrent.

Cependant, bien que les premiers CFO soient apparus au cours des années 70, la prise de conscience de toutes leurs potentialités ne date réellement que du début de la décennie suivante. A cette époque, après des efforts de recherche et développement (R&D) majoritairement consacrés au gyroscope jusque vers 1985, on a pu observer un partage des activités entre plusieurs types de grandeurs (température, pression, rotation, intensité et tension électrique, dose de rayonnements, déplacements/déformations...).

Après vingt ans de recherche et développement, les CFO offrent désormais les mêmes fonctions que les capteurs classiques : mesure, contrôle, détection-alarme, surveillance, tout en présentant des spécificités liées à celles des fibres : faible encombrement et masse réduite, grande bande passante et faible atténuation, immunité aux parasites électromagnétiques, bonne résistance aux effets des rayonnements ionisants, possibilité de multiplexage de nombreux capteurs et de déport important des points de mesure...

Tout cela confère à cette instrumentation des avantages déterminants vis-à-vis des autres technologies de capteurs : faible intrusivité, possibilité d’utilisation en environnements sévères... et bien sûr d’excellentes performances métrologiques en termes de sensibilité, temps de réponse, plage d’utilisation... Par ailleurs – et c’est sans doute leur intérêt majeur –, ces capteurs offrent de nouvelles fonctionnalités sans équivalent : mesure intégrée, différentielle, distribuée, répartie, en réseau. Il faut savoir que la mise en réseau de nombreux CFO (les RCFO –réseaux de capteurs à fibres optiques –) permet, d’une part, de réduire le coût du point de mesure par la mise en commun du système d’interrogation, et d’autre part de fournir, à l’utilisateur, les données relatives à chaque capteur sous une forme homogène.

Les différentes topologies d’interconnexion des points de mesure incluent les capteurs « répartis » où la fibre joue le rôle d’élément « continûment » sensible, les capteurs « distribués » formés de points de mesures le long de la fibre et les structures de réseaux RCFO dont les architectures sont multiples. Les systèmes d’interrogation et de démultiplexage (partie optoélectronique de gestion du réseau de mesure) de ces différentes approches ont fait l’objet de développements croissants ces dernières années et certains produits sont déjà commercialisés.

Aujourd’hui, les projets tant de développement qu’applicatifs sont tirés par les besoins utilisateurs : mesures de température, de pression, et de plus en plus de déformations, du fait des demandes croissantes en surveillance des structures, avec un très fort engouement pour les capteurs et les réseaux de mesure fondés sur les transducteurs à « réseaux de Bragg », objet de cette présentation. Il faut dire que les enjeux économiques (gains de maintenance, sécurité des biens et des personnes...) des applications (ouvrages d’art, matériaux composites, structures métalliques, en béton, sous-sols, terrains...) justifient les efforts qui leur sont consacrés.