Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Les multiples applications des Réseaux de Capteurs à Fibres Optiques RCFO, tant de type réparti (rétrodiffusions Raman, Brillouin et Rayleigh) que distribué (réseaux de Bragg) concernent principalement la surveillance des structures et des matériaux (terrains, béton, composites organiques,…). Depuis plus de deux décennies, plusieurs secteurs industriels s’en sont particulièrement emparés, à savoir le génie civil pour la surveillance des ouvrages, le secteur pétrolier pour celle des conduites et des réservoirs, ainsi que l’aéronautique et le secteur de la sécurité des biens et des personnes. Au-delà, d’autres applications commencent à voir le jour dans les énergies nouvelles, l’amélioration de l’habitat, ainsi que pour les structures intelligentes.
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The multiple application fields of Fiber Optic Sensor Networks, both distributed (Raman, Brillouin and Rayleigh backscattering) and quasi-distributed (Fiber Bragg Gratings) mainly concern monitoring of structures and materials (land, concrete, organic composites, ...). For more than two decades, several industrial sectors have been particularly involved taken advantages of this technology, namely civil engineering for the monitoring of structures, the aeronautics, the petroleum industry for the monitoring of pipelines and reservoirs, as well as the sector involved in the security / safety of people and goods. Beyond, other applications are beginning to emerge in new energies, home improvement and intelligent structures.
Auteur(s)
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Pierre FERDINAND : Dr d’État Sciences - Expert, Consultant
INTRODUCTION
Depuis les premiers travaux de R&D portant sur l’utilisation des fibres optiques pour la mesure, datant de la fin des années soixante-dix, de très nombreuses avancées techniques ont eu lieu tant au niveau des fibres, que des composants d’extrémité tirés par le secteur des télécoms, que du point de vue des systèmes opto-électroniques d’interrogation. Dès les années quatre-vingt, la mise en réseau des capteurs est apparue comme une nécessité technico-économique pour « sortir » les démonstrateurs des laboratoires et pénétrer l’industrie. Ainsi, en utilisant successivement les trois phénomènes de diffusion de la lumière dans le cœur des fibres, que sont les effets Rayleigh, Raman, et Brillouin, des réseaux de capteurs de type réparti aux fonctionnalités innovantes ont été développés, puis sont apparus sur le marché. Dans le même temps, une approche complémentaire, fondée sur le phénomène de photo-inscription dans le cœur des fibres optiques, a permis le développement des capteurs à réseaux de Bragg adressant de nombreuses mesurandes, et pouvant être mis en réseaux avec diverses topologies de capteurs multipoints, en particulier grâce aux techniques de multiplexage spectral proches de celles des télécoms optiques modernes.
Désormais, ces techniques sont commercialisées, et les matériels de plus en plus performants. De fait, de nombreux secteurs applicatifs les utilisent en remplacement ou en complément des techniques traditionnelles, mais surtout pour bénéficier de leurs nouvelles fonctionnalités, telles que les mesures « continues » sur plusieurs dizaines de kilomètre à l’aide d’une seule fibre, ou bien encore des mesures rapides et ultrarésolvantes au cœur des matériaux.
Beaucoup d’applications des réseaux de capteurs à fibres optiques RCFO, répartis ou distribués, peuvent être conceptuellement regroupées sous le vocable de « surveillance des structures et des matériaux ». Il peut s’agir pêle-mêle de structures naturelles, des constructions du génie civil, de la détection d’incendie, de la surveillance des conduites pétrolières onshore et offshore, des périmètres et frontières, de la fabrication et du contrôle santé des structures composites à haute valeur ajoutée comme dans l’aéronautique, voire des domaines extrêmes comme ceux que l’on trouve de l’industrie électronucléaire.
Dans chacun de ces secteurs, année après année, des avancées sont perceptibles grâce aux RCFO, et bien sûr aux acteurs qui les développent et les mettent en œuvre. Cet article présente les secteurs les plus pertinents en termes d’applications des RCFO répartis puis distribués. Le texte est enrichi par de nombreux compléments relatifs au domaine des CFO et des RCFO, consultables grâce aux références et aux liens Internet des différents acteurs constituant cette communauté.
Les principales techniques et instruments de mesure des RCFO (OTDR, OFDR, FMCW, DTS, BOTDA, BOTDR, BOFDA, BOFDR, DAS, DVS…) font l’objet de l’article précédent [R 460].
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KEYWORDS
Fiber Bragg Grating | Structure Health Monitoring | Rayleigh | Raman | Brillouin
VERSIONS
- Version archivée 1 de sept. 2008 par Pierre FERDINAND
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3. Conclusion
Après l’intense phase de R&D initiale, qui fût suivie de nombreuses démonstrations de terrain, les Réseaux de Capteurs à Fibres Optiques RCFO ont progressivement aiguisé l’intérêt des utilisateurs et, dans le monde entier, sont désormais mis en œuvre dans un très grand nombre de domaines applicatifs, aux environnements souvent difficiles, allant des mines souterraines aux engins spatiaux, en passant par les moyens de transport, l’énergie, les structures intelligentes et la sécurité. Les secteurs primaire et secondaire, mais aussi tertiaire, de l’économie sont donc concernés par ces technologies de mesure innovantes.
Dans ce contexte, les deux domaines les plus emblématiques, en termes de marché, sont sans nul doute le génie civil et le secteur pétrolier, où les besoins de surveillance sont réels, en particulier pour des mesures irréalisables à l’aide des technologies traditionnelles soit à cause de conditions environnementales sévères, soit du fait des nouvelles fonctionnalités offertes par les fibres optiques, à des coûts désormais parfaitement concurrentiels.
Sur le plan technique, grâce à l’offre de plus en plus étoffée des fabricants présents sur le marché tant en capteurs qu’en systèmes de mesure et traitement de l’information, les réseaux de capteurs répartis multiponctuels fondés sur les réseaux de Bragg diffusent dans de nombreux secteurs où des mesures quasi métrologiques sont requises, pour un très grand nombre de mesurandes. De leur côté, les mesures réparties continûment sensibles, fondées sur les phénomènes de diffusion de la lumière (Rayleigh, Raman et Brillouin) offrent la possibilité de dizaines de milliers de points de mesure à l’aide d’une seule et unique fibre optique. Sans équivalent, ils sont désormais souhaités, et même demandés, dans les cahiers de charges des appels d’offres rédigés par les entreprises.
Ainsi, la fibre optique, qui faisait encore peur à certains utilisateurs voici deux décennies, s’est progressivement démocratisée en franchissant la porte d’entrée des citoyens pour les télécoms, et désormais de celle de l’industrie pour la mesure. Fiat Lux.
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Conclusion
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - FERDINAND (P.), FERRAGU (O.), LECHIEN (J.-L.), LESCOP (B.), MARTY (V.), ROUGEAULT (S.), PIERRE (G.), RENOUF (C.), JARRET (B.), KOTROTSIOS (G.), NEUMAN (V.), DEPEURSINGE (Y.), MICHEL (J.B.), VAN UFFELEN (M.), VERBANDT (Y.), VŒT (M.), TOSCANO (D.) - Mine Operating Accurate STABILity Control with Optical Fiber Sensingand Bragg Grating Technology : the BRITE STABILOS Project. - OFS(10) Conf. in Glasgow, 11, 13 Oct. 1994, pp. 162-166. Extended paper: J. of Lightwave Technol., Vol. 13, n° 7, pp. 1303-1313 (1995).
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(2) - MEIER (U.), MEIER (H.) - Anchoring Carbon Fiber Reinforced Plastic (CFRP) cables with gradient materials. - 17th SAMPE Conf., Basel, Switzerland, pp. 185-194 (1996).
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(3) - MEASURES (R.M.), ALAVIE (T.), MAASKANT (R.), HUANG (S.), LE BLANC (M.) - Bragg grating Fiber Optic Sensing for bridges and other structures. - 2nd European Conf. on Smart Structures and Materials, Glasgow, pp. 162-167 (1994).
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(4) - ALAVIE (A.T.), MAASKANT (R.), OHN (M.M.), RIZKALLA (S.), MEASURES (R.M.) - Application and Characterization of Intracore Grating sensors in a CFRP Prestressed Concrete Girder. - SPIE Vol 2191, pp.103-111.
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...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
HAUT DE PAGE
Optical Fiber Sensor OFS : La conférence internationale OFS, devenue la référence du domaine des CFO et des RCFO, se déroule tous les 18 mois, cycliquement en Europe, en Amérique, puis en Asie. Le lecteur pourra consulter les actes des conférences passées depuis OFS1 en 1983. Les éditions 2020 des conférences OFS, JNQG ... ont été reportées d’un an du fait de la pandémie de la COVID 19 en 1983 :
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Collected Papers of the Intern. Conf. on OFS, 1983-1997. Published: 26 Jan. 1999 ; CD-Rom co-published by SPIE, OSA and LEOS, http://spie.org/x648.html?product_id=316034
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Collected Papers of the Intern. Conf. on OFS, 1998-2005, and the European Workshops on OFS, 1998 & 2004, Published: 6 July 2005; CD-ROM Includes Procs. Vols. 3483, 3746, 4185, 5502, 5855, and Vol. from OFS 15 & OFS 16, not originally published by SPIE. http://spie.org/x648.html?product_id=629357
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17th Intern. Conf. on OFS, 23-27 May 2005, Bruges, Belgium, M. Voet, R. Willsch, W. Ecke, J. Jones, B. Culshaw Eds., Proc. of SPIE Vol. 5855, ISBN: 9780819458551
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18th Intern. Conf. on OFS, 23-27 Nov. 2006, Cancun, Mexico, A. Mendez Ed. ISBN 1-55752-817-19
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19th Intern. Conf. on OFS, 14-18 April 2008 Perth, Australia, D. Sampson, S. Collins,...
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