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RÉSUMÉ
C'est en cherchant à immuniser les transmissions de données par fibres optiques de perturbateurs externes, tels que les changements de température, les champs électromagnétiques ou les vibrations, qu'est apparue l'idée d'utiliser les fibres optiques en tant que capteurs. Grâce à leurs très faibles dimensions, leur robustesse et leur versatilité ainsi qu'aux nombreux avantages inhérents à l'emploi de fibres optiques, ces capteurs ont été fortement développés au cours des trente dernières années. De nombreuses références bibliographiques sont donc disponibles. En apportant une vision actuelle du domaine, cet article a pour objectif de résumer l'essor de ces capteurs et de présenter le principe physique des configurations les plus répandues.
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Christophe CAUCHETEUR : Docteur en sciences de l’ingénieur - Chercheur qualifié du F.R.S.-FNRS à la Faculté Polytechnique de l’université de Mons
INTRODUCTION
Notre société est de plus en plus demandeuse d'instruments de mesure et de contrôle de tous types, que ce soit pour la sécurité, le confort ou le contrôle de la qualité de produits. Le développement de systèmes électroniques a permis de mettre au point des dispositifs de mesures fiables, lesquels sont maintenant très éprouvés et très perfectionnés. Leur miniaturisation rend possible leur utilisation en grande quantité et de façon de moins en moins intrusive.
À cette fin, les fibres optiques offrent d'excellentes propriétés, comme une très faible intrusivité, une insensibilité aux rayonnements électromagnétiques et un transfert rapide d'une grande quantité d'informations. Aussi, ses potentialités ne se réduisent-elles pas uniquement au remplacement des câbles électriques. Les capteurs à fibres optiques exploitent, pour la mesure, la sensibilité intrinsèque de la fibre optique en fonction des variations de son environnement (température, pression, contraintes mécaniques…). Ce type de capteurs remplace avantageusement l'instrumentation traditionnelle dans des environnements exigeants comme l'industrie nucléaire, les environnements humides ou à haute température. En règle générale, pour la plupart des applications, ils offrent des performances comparables à celles des capteurs électroniques en termes de précision ou de sensibilité, ces derniers conservant toutefois l'avantage d'être éprouvés depuis plus longtemps par les utilisateurs du métier. La véritable rupture technologique des capteurs à fibres optiques provient de la nature répartie (ou distribuée) de la mesure qu'ils fournissent. Grâce à une instrumentation dédiée qui localise la mesure le long de la fibre optique, une seule fibre optique peut ainsi être considérée comme un grand ensemble de capteurs cascadés.
Ce dossier a pour objectif de présenter les principes physiques des principales configurations de capteurs à fibres optiques et de résumer ensuite leurs performances.
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MOTS-CLÉS
article introductif capteurs interférométriques capteurs polarimétriques rétrodiffusion brillouin rétrodiffusion Raman rétrodiffusion de Rayleigh réseaux de Bragg Métrologie photonique capteur fibres optiques
DOI (Digital Object Identifier)
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Conclusion
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3. Utilisations et constructeurs principaux de capteurs à fibres optiques
À l’instar des capteurs basés distribués basés sur la diffusion, l’utilisation de réseaux de Bragg fibrés pour la mesure de température et de contraintes axiales est largement répandue et fait l’objet d’une importante commercialisation. Ces capteurs trouvent leur principal champ d'application dans les différents domaines de la surveillance des structures, des plus “simples” (galeries de mines, mouvements de terrains, bétons utilisés dans le génie civil…) aux plus “technologiques” (matériaux composites utilisés en aérospatial et en aéronautique…). D'autres secteurs comme la métrologie en environnement extrême (très hautes ou très basses températures, nucléaire…) sont également des domaines d’application. La maintenance conditionnelle des grands sites et réseaux industriels (chimie, pétrochimie, stations d'épuration…) constitue un autre grand champ d'application. Bien que plus coûteux à l'achat que certains capteurs basés sur d'autres technologies, les capteurs à fibres optiques sont de plus en plus usités. Ceci provient des nombreux avantages et applications qu'ils offrent, d'une part, et de leur longue durée de vie (plus de 20 ans), d'autre part. Une fois en place, ils fournissent à l'utilisateur des données sous forme homogène, sans besoin de calibration ultérieure ni d'entretien, ce qui procure un très grand confort d'utilisation.
En plus de ces applications physiques, les capteurs à fibres optiques sont de plus en plus développés pour adresser des mesures (bio-)chimiques. Ces capteurs sont obtenus en associant à une fibre optique une couche sensible qui induit un changement mesurable par la fibre optique en réponse au composé chimique à détecter. Selon le mécanisme utilisé, le changement mesurable est une modification de température, de contrainte mécanique ou encore d’indice de réfraction externe. Les applications visées sont ici la détection de fuites de gaz, de polluants, de la corrosion, de protéines…
Le tableau 2 reprend une liste non exhaustive des principaux fabricants de capteurs à fibres optiques (ou de dispositifs d’interrogation) ainsi que les types de produits qu’ils commercialisent. On constate que ce sont les capteurs à réseaux de Bragg fibrés qui occupent l’essentiel des produits disponibles sur le marché.
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Utilisations et constructeurs principaux de capteurs à fibres optiques
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MEUNIER (J.P.) - Physique et technologie des fibres optiques - Traité EGEM, série Optoélectronique, Hermès Science Publication, Paris (2003).
-
(2) - YU (F.T.S.), YIN (S.), YU (Y.T.S.) - Fiber Optic Sensors - Marcel Dekker Inc. USA (2002).
-
(3) - JONES (J.D.C.) - Handbook of Optical Fiber Sensing Technology – Chapitre 12 : Interferometry and polarimetry for optical sensing - John Wiley & Sons (2002).
-
(4) - ROGERS (A.) - Polarization in optical fibers – Chapitre 6 : Polarimetric optical-fiber sensing - Artech House (2008).
-
(5) - MICHIE (C.) - Fiber Optic Sensors – Chapitre 3 : Polarimetric optical fiber Sensors - CRC Press (2008).
-
(6) - WUILPART (M.) - Advanced Fiber Optics – Chapitre 8 : Rayleigh scattering in optical fibers and applications to distributed...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Portail dédié aux capteurs à fibres optiques :
http://www.opticalfibersensors.org
HAUT DE PAGE
Optical Fiber Sensors (OFS) conference : a lieu tous les dix-huit mois, alternativement en Europe, Asie/Océanie et Amérique.
IEEE Sensors conference : a lieu tous les ans.
European Workshop on Optical Fiber Sensors (EWOFS) : a lieu tous les deux ans en Europe.
HAUT DE PAGE3.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
BaySpec :
Broptics Technology :
FBGS International :
FiberSensing :
Ibsen Photonics :
Luna...
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