Réseaux de capteurs à fibres optiques - Mesures et multiplexage

Dès les années soixante-dix, du fait de leur disponibilité, les premières fibres optiques (multimodes), furent utilisées comme guides pour les communications , puis comme capteurs, malgré l’absence des composants actuels (coupleurs, connecteurs, diodes laser, …).

En 1983, la première conférence, dédiée aux Capteurs à Fibres Optiques (CFO), à savoir l’OFS (Optical Fiber Sensor Conference), consacra le domaine. Puis, la décennie quatre-vingt foisonna d’activités conduisant à de nombreuses expériences de faisabilité (interférométrie, polarimétrie, réflectométrie, …) et à l’établissement de concepts qui prévalent toujours. À cette période, le capteur roi était le gyroscope à effet Sagnac du fait des applications, tant civiles que militaires, en navigation inertielle (> 30 % des efforts mondiaux lui étaient consacrés) .

Vers 1985 apparut le concept de Réseau de Capteurs à Fibres Optiques (RCFO) , avec la nécessité de réduire les coûts par point de mesure mais aussi grâce à la disponibilité de circuits électroniques de plus en plus rapides. Les capteurs de température devinrent alors les plus étudiés (30 % de la R&D), du fait de nombreux effets physiques dans lesquels intervient cette grandeur et des besoins de l’industrie. Les premiers capteurs répartis de température fondés sur l’effet Raman apparurent sur le marché à cette époque (DTS2 puis DTS80 de York Sensors).

À la toute fin des années quatre-vingt, se fondant sur le phénomène de photosensibilité dans les fibres optiques mis en évidence dix ans plus tôt , le concept des transducteurs à réseaux de Bragg fut présenté lors des 8^e et 9^e éditions de l’OFS . Ce fut une révolution, tant et si bien que la décennie quatre-vingt dix symbolisa cette approche, lui consacrant jusqu’à 40 % des efforts mondiaux. Parallèlement, l’expansion des télécoms optiques supporta une croissance quasi-exponentielle entraînant dans son sillage le développement des composants à réseaux de Bragg, jusqu’en avril 2001 quand advint l’éclatement de la bulle Internet, et il fallut 6 à 7 ans pour que le domaine des fibres optiques retrouve les niveaux précédents. Cette période chahutée fut aussi l’occasion pour les CFO et RCFO de sortir des laboratoires dans le cadre de démonstrations de terrain, et l’un des concepts applicatifs les plus marquants vit le jour : la surveillance des structures , plus que jamais d’actualité actuellement. La transition à la décennie suivante fut marquée par les toutes premières publications concernant les mesures réparties par rétrodiffusion Brillouin .

Depuis, on a assisté à la maturation technologique des principes mis en œuvre autour des approches les plus consolidées, tant pour les capteurs que pour leurs systèmes de mesure (Bragg, DTS Raman, Brillouin, DAS …). De nombreux produits sont désormais disponibles dont les performances et fonctionnalités innovantes, souvent sans équivalent dans d’autres technologies, sont particulièrement attrayantes pour de nombreux secteurs industriels.

Finalement, du foisonnement initial débouchent quelques techniques de mesure par RCFO suffisamment matures ayant aussi conduit à l’émergence de PME (Angleterre, USA, Canada, France, Corée, et désormais Chine). Vers 2005, on a pu assister au basculement du centre de gravité des technologies de l’optique guidée au profit de l’Asie et surtout de la Chine, qui en 10 ans rattrapa plus de 3 décennies de R&D occidentale !

De nos jours, au-delà de la R&D toujours active, du fait des avantages inégalés par d’autres technologies de mesure, il est patent de constater que de nombreux secteurs économiques offrent des parts de marché aux RCFO.

Un glossaire et un tableau de sigles en fin d’article regroupent les principaux termes et sigles couramment utilisés dans cet article.