Réalisation du système de mesure réparti fondé sur la rétrodiffusion de Rayleigh et la réflectométrie fréquentielle (OFDR)

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Fabrication des fibres optiques

Les méthodes modernes de fabrication des fibres optiques offrent la possibilité de produire un fil de silice dont le profil d’indice longitudinal et transversal est parfaitement maîtrisé. Il peut s’agir d’un profil traditionnel à saut d’indice, ou à gradient d’indice, voire d’un profil plus complexe comme pour les fibres dites à maintien de polarisation de type Bow-Tie ou « Panda » (Fig. 1.4) [13 Townsend]. L’obtention d’une fibre optique requiert un procédé parfaitement optimisé. Historiquement plusieurs procédés furent développés, pour certains d’entre eux permettant une réalisation en une seule étape de la fibre optique, pour d’autres nécessitant la fabrication en deux étapes (fabrication d’une préforme, puis fibrage de celle-ci). À ce jour, le procédé le plus utilisé est très certainement le procédé MCVD (Modified Chemical Vapour Deposition) pour l’obtention de la préforme sur un tour verrier, celle-ci étant ensuite étirée sur une tour de fibrage verticale qui produit en sortie la fibre optique du diamètre recherché.
Les préformes sont également fabriquées par des méthodes de dépôt chimique en phase vapeur, suivant plusieurs variantes possibles [14 Ungar, 15 Cognolato] :
• dépôt chimique modifié en phase vapeur (MCVD) [16 Nagel] ;
• dépôt chimique modifié en phase vapeur assisté par plasma (PMCVD) [15 Cognolato] ;
• dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PCVD) [17 O’Connor] ;
• dépôt extérieur en phase vapeur (OVD) [18 Blankenship] ;
• dépôt axial en phase vapeur (VAD) [19 Potkay].
Toutes ces méthodes reposent sur des réactions chimiques en phase vapeur se produisant à hautes températures, les oxydes ainsi formés (SiO2, GeO2, …) se déposant sous forme de fines couches sur la surface interne d’un tube de verre/silice pour les procédés dits ‘internes’ ou autour d’un barreau de verre pour les procédés dits ‘externes’. En MCVD, le dépôt homogène est possible grâce à un chalumeau oxhydrique installé sur une traverse mobile se déplaçant le long de la préforme, mouvement imprimé par la vis-mère du tour verrier, et combiné à la rotation du tube de verre (la future préforme) installé sur l’axe de rotation du tour (Fig. 1.5).
Le chalumeau a deux fonctions : amorcer la réaction chimique, et vitrifier les oxydes (synthétisés sous forme de « suies ») en surface interne du tube. En définitive, les procédés internes comme le MCVD sont les plus fréquents eu égard au fait que l’environnement est moins susceptible, dans une telle configuration, de polluer la préforme, et par conséquent contaminer la fibre optique.

Applications des fibres optiques

Les fibres optiques permettent de nombreuses applications, dont certaines que l’on côtoie tous les jours. Grâce à leur flexibilité, les fibres optiques peuvent bien sûr servir de guides de lumière dans les endroits les plus exigus, difficiles à atteindre. Citons les trois domaines d’applications des fibres optiques les plus importants : les télécommunications, les lasers à fibres, et les Capteurs à Fibres Optiques.

Les fibres optiques dans les télécommunications

Les télécommunications constituent bien évidemment le domaine d’application des fibres optiques le plus vaste. Ceci provient du fait qu’une fibre optique est capable de conduire la lumière avec très peu de pertes (0,2 dB/km en valeur standard pour la longueur d’onde de 1550 nm) sur des très longues distances, 50 km voire 100 km sans amplification (et des milliers de km avec amplification), est immune aux perturbations électromagnétiques environnantes, et d’autre part, offre une bien plus grande bande passante que les autres médias [1.20 Idachaba]. Il s’agit donc d’un milieu idéal pour la transmission d’informations, en particulier à très haut débit sur des très longues distances [21 Bulow].

Les lasers à fibres optiques

Le dopage de la fibre optique à l’aide de terres rares (erbium, ytterbium, tellure, etc.) permet de créer dans la fibre (dans son cœur) un milieu amplificateur [2 Wasfi, 94 Magne]. De ce fait, il est également possible de construire des lasers à fibres optiques aux propriétés optiques spécifiques, et même des amplificateurs [95 Desurvire]. Le pompage dans ce cas est effectué par un autre laser (en général une diode laser fibrée) dont la lumière est injectée dans la fibre, et dans le cas des lasers à fibre, la cavité laser est avantageusement fermée par deux réseaux de Bragg [22 Ter-Mikirtychev].

Les capteurs et réseaux de capteurs à fibres optiques (CFO et RCFO)

Le domaine des Capteurs à Fibres Optiques (CFO) est lui aussi très vaste, il s’est étoffé depuis quatre décennies. La fibre optique standard étant sensible à la température, aux déformations et de façon moindre à la pression, il devient de ce fait possible de mesurer ces paramètres avec des CFO [27, 96, 102, 103 Ferdinand]. Par ailleurs, il est également possible de rendre cette même fibre plus sensible (ou moins sensible) à d’autres paramètres physiques (comme les radiations ionisantes) en ajoutant des dopants différents [23 Hill, 114 Sporea], ou en modifiant son conditionnement (mesures d’humidité, du pH, etc.) [24 Gaston].
Selon leur principe de fonctionnement, on peut scinder les CFO en trois familles : les capteurs extrinsèques, les capteurs intrinsèques et les capteurs interférométriques.
Dans les capteurs extrinsèques, la fibre optique joue uniquement le rôle de support physique au transport des signaux. La traduction de phénomène utilisé ou du paramètre recherché se passe en dehors de la fibre, en ayant recours à un transducteur spécifique (micro-miroir vibrant en extrémité de fibre, composé chimique, mâchoire à micro-courbure, cristal sensible au champ électrique/magnétique, etc.). Les capteurs extrinsèques permettent par exemple de mesurer des paramètres physiques tels qu’une accélération, une vibration, une position linéaire/angulaire, une pression, une température, une viscosité, etc. [25 Udd].
A contrario, les capteurs intrinsèques convertissent le paramètre physique à mesurer en une modulation de l’un des paramètres de la lumière, directement au sein de la fibre, la silice jouant le rôle de transducteur de l’effet physique mis à profit. Historiquement de nombreux principes de mesure ont été étudiés, dans la cadre de l’étude et de la réalisation des CFO intrinsèques. Citons :
• Les capteurs fondés sur le principe des micro-courbures (mesures de pression, déformations, vibrations) [25 Udd], au final très peu performants du point de vue métrologique (non sélectif, sensibilité peu déterministe, etc.) et de fait pratiquement abandonnés par la communauté des CFO qui cherche à mettre au point des capteurs dignes de ce nom, aux performances traçables et comparables métrologiquement ;
• Les capteurs à réseaux de Bragg (mesures de déformations, température, pression, vibrations, etc.) [25 Udd, 26 Laffont, 96 Ferdinand] ;
• Les capteurs pyrométriques utilisant un corps noir (mesures de température sans contact) [25 Udd] ;
• Les capteurs distribués fondés sur :
 la (rétro)diffusion de Raman (mesures de température exclusivement) [25 Udd, 27 Ferdinand] ;
 La (rétro)diffusion Brillouin (mesures de température/déformations) [25 Udd, 27 Ferdinand] ;
 La (rétro)diffusion de Rayleigh (mesures de température, déformations, rayon de courbure) [25 Udd, 27 Ferdinand, 28 Froggatt, 113 Magne].
Les capteurs interférométriques reposent bien entendu sur la mesure d’interférences. Ce sont des capteurs construits avec divers types d’interféromètres, comme les interféromètres de :
• Michelson (mesures de température, déformations, acoustique, champ magnétique et électrique) [25 Udd] ;
• Sagnac (mesures de déformations, rotation, accélération, acoustique, courant, champ magnétique, longueur d’onde) [25 Udd, 33 Lin] ;
• Mach-Zehnder (mesures de température, acoustique, champ magnétique et électrique, acoustique, courant, accélération) [25 Udd, 33 Lin] ;
• Fabry-Perot (mesures de température, acoustique, pression, indice de réfraction) [25 Udd] ; Comme on peut le constater, les CFO, et leur mise en réseau constituant des réseaux de capteurs (RCFO), offrent de nombreuses possibilités en instrumentation pour la mesure des divers paramètres physiques.
Le sujet de la présente thèse concerne plus particulièrement les Capteurs à Fibres Optiques distribués (continûment sensibles) basés sur la diffusion de Rayleigh. Dans le chapitre suivant, nous allons dans un premier temps détailler l’historique et l’état de l’art actuel de ces capteurs distribués.

État de l’art des Capteurs à Fibres Optiques

Fibre optique comme transducteur idéal pour la profilométrie

De nombreuses applications que l’on côtoie jusque dans notre vie quotidienne, ainsi que dans les domaines scientifiques et industriels, requièrent d’effectuer des mesures de divers paramètres physiques. Le but de ces mesures peut concerner le contrôle du fonctionnement d’une ligne de production industrielle (e.g. : le suivi des contraintes en cours de production des ampoules électriques), un système de surveillance (e.g. : un système d’alerte d’intrusion ou de détection de fuites), etc. Dans d’autres cas, il est nécessaire de réaliser des mesures pour déterminer indirectement d’autres paramètres ou informations que l’on désire obtenir ; par exemple, pour calculer la route vraie d’un navire, il faut effectuer les mesures de sa position géographique, la direction du vrai nord, les vitesses angulaires et les accélérations, ce qui peut se faire à l’aide d’un système de navigation inertielle qui inclut un gyrocompas constitué de trois gyroscopes (de plus en plus à fibre optique), et des accéléromètres.
Par ailleurs, on a également souvent besoin d’effectuer des mesures ponctuelles et uniques, c’est-à-dire de mesurer un paramètre physique en un seul point et une seule fois (e.g. : mesure de distance avec un télémètre laser). Dans d’autres cas, il est nécessaire de déterminer une évolution temporelle, autrement dit mesurer un paramètre physique donné, plusieurs fois dans le temps, afin de pouvoir prévoir l’évolution de son comportement, voire le surveiller en temps réel (e.g. : la mesure de la vitesse de vent pour la météo, ou pour un système d’alerte incendie).
Mentionnons également un type de mesures assez courant, celui qui concerne la mesure de profils, lorsqu’il s’agit de surveiller la distribution spatiale d’un paramètre physique ou connaître sa valeur en fonction de la distance (e.g. : la mesure de rugosité pour l’estimation de qualité de polissage, la mesure de l’homogénéité de la température dans une ligne de production industrielle). Naturellement, dans ce dernier cas, il est possible d’effectuer les mesures de profil point par point, avec un certain échantillonnage spatial. Mais cela demande beaucoup de temps et donc de ressources, bien plus que si l’on effectue la mesure du profil complet en une seule fois. De plus, bien évidemment, il existe des situations où il est nécessaire d’effectuer les mesures de profil et les mesures d’évolution temporaires simultanément (e.g. : détection de fuite le long d’une conduite, d’un pipeline). Dans ce cas avec des mesures locales, point par point, on risque bien sûr d’obtenir des données erronées par rapport à l’évolution temporelle si le paramètre physique à mesurer évolue trop rapidement. Or, si l’on effectue la mesure du profil dans son intégralité en une seule fois, alors une surveillance automatique de son évolution temporelle est envisageable, et potentiellement rentable.
Dans la pratique, jusqu’alors, pour réaliser la mesure d’un profil donné, quelle que soit la structure concernée, il fallait soit poser plusieurs capteurs avec un certain échantillonnage (pas) spatial entre eux (par exemple une série de thermocouples pour enregistrer un profil de température), soit disposer d’un seul « grand » capteur multipoints capable de mesurer le paramètre physique demandé, en plusieurs points, et de manière simultanée.
Or, la fibre optique, grâce à son aspect filiforme très long et sa sensibilité à divers paramètres physiques environnants (Cf. § iii.3), peut clairement être envisagée comme un capteur idéal pour la mesure de profils. C’est dans ce domaine des mesures profilométriques à fibre optique, à savoir les  CFO répartis – que s’insère le sujet de la présente thèse.

Les méthodes de mesure de distance parcourue dans la fibre

Afin de pouvoir effectuer les mesures avec une seule fibre optique, il est nécessaire de pouvoir déterminer la distance parcourue par lumière dans la fibre, jusqu’au « point de mesure » considéré à un instant « t ». Grâce à ces mesures de distance, on va ensuite reconstruire la distribution spatiale de la valeur physique à mesurer.
En pratique, il existe deux méthodes différentes de mesures de distance dans une fibre optique : la réflectométrie temporelle, ci-après nommée OTDR (Optical Time Domain Reflectometry) et la réflectométrie fréquentielle, ci-après nommée OFDR (Optical Frequency Domain Reflectometry), chacune ayant jusqu’à plusieurs variantes/déclinaisons.
Le principe général des réflectométries temporelle et fréquentielle ressemble au fonctionnement d’un radar. En réflectométrie temporelle, on injecte de manière répétée des impulsions lumineuses dans la fibre optique qui joue le rôle de capteur, puis chacune de ces impulsions lumineuses est retro-réfléchie par les défauts internes de la structure de fibre, il est possible après acquisition de ces « échos » de déterminer l’information contenue dans ces signaux et de déterminer tant la distance parcourue dans la fibre optique (l’adresse du point de mesure) que la mesure proprement dite.

La Réflectométrie temporelle

Principe de base d’un OTDR

Le principe de la méthode OTDR, comme indiqué ci-dessus, se résume en l’analyse temporelle (donc spatiale, de l’indice de réfraction, du simple fait que la vitesse de propagation est connue) des « échos » générés par les impulsions préalablement injectées dans la fibre optique. Le schéma de fonctionnement de la méthode OTDR est présenté sur la Figure 1.7.
Ces échos sont la conséquence, d’une part, du passage des impulsions incidentes à travers certains ‘accidents’ le long de la fibre, tels les connecteurs, les soudures, ou d’éventuels composants que contient la liaison, et d’autre part, du guide lui-même, à savoir les molécules de silice constituant le cœur de la fibre qui diffusent les impulsions incidentes, et donc les renvoient partiellement une fraction du signal incident vers sa source, il s’agit là de la rétrodiffusion. Plusieurs effets physiques peuvent générer un phénomène de (rétro)diffusion dans la silice : il s’agit des effets Rayleigh, Raman et Brillouin. Dans le cas d’un réflectomètre OTDR simple, comme ceux utilisés en télécoms, seule la rétrodiffusion de Rayleigh intervient. Celle-ci est due, tout comme le bleu du ciel, à la répartition rendue aléatoire lors du fibrage, des molécules de silice qui restent relativement petites en taille par rapport au diamètre du guide, justifiant le modèle décrit par John William Strutt, troisième baron Rayleigh (plus connu sous son titre Lord Rayleigh, lauréat du prix Nobel de physique de 1904) qui, en 1871, fournit une explication de la couleur du ciel en la reliant à la diffusion de la lumière par les molécules d’air (Fig. 1.8).

Domaines d’applications de la réflectométrie OFDR

La méthode OFDR a de nombreuses applications possibles grâce en particulier au fait qu’elle offre une excellente (très petite) résolution spatiale, par comparaison à la réflectométrie temporelle (Cf. § 1.2.2.3). L’une de ses applications les plus courantes est la caractérisation des instruments optiques tout-fibre, à savoir des micro-réseaux formés de composants fibrés et de plusieurs modules (WDMs, modulateurs, etc.) [45 Wegmuller, 46 Weid]. Une autre application concerne la mesure du gain des amplificateurs optiques [47 Wegmuller, 48 Martins-Filho] car la méthode OFDR cohérente permet de filtrer le bruit d’émission spontanée et le signal résiduel de pompage grâce à la nature même de sa détection. Puisque la méthode OFDR est sensible aux états de polarisation il est donc également possible de mesurer la biréfringence des fibres monomodes [49 Huttner] ou des fibres à maintien de polarisation [50 Froggatt].
La méthode OFDR a également d’autres types d’applications qui concernent les mesures de température, déformations et d’autres paramètres physiques [27 Ferdinand, 34 Kersey, 109 Boldyreva, 110 Maurin, 113 Magne]. Précisons à nouveau que dans tous ces cas, le multiplexage inhérent à une méthode OFDR fournit uniquement l’information sur la distance parcourue dans la fibre optique (donc l’adresse des points de mesure), mais pas la mesure des paramètres physiques, dont la sensibilité reste liée aux caractéristiques internes de la fibre ; ce dont nous allons discuter dans le paragraphe 1.3.

Performance d’un OFDR

Comme nous l’avons fait précédemment pour la méthode OTDR, nous allons surtout nous intéresser dans la méthode OFDR à la distance maximale détectable (la portée), et à la résolution spatiale.
La résolution spatiale de la méthode OFDR est définie par les caractéristiques de la source laser utilisée, et dépend de la bande de balayage de sa fréquence comme suit : (1.6), où c est la vitesse de lumière dans le vide ; n est l’indice de la fibre ; Δf est la largeur de bande de balayage.
C’est pour cela que la méthode OFDR fournit une résolution centimétrique, voire même millimétrique, d’autant plus petite que l’excursion en fréquence de la source laser est grande. L’un des points clef de l’OFDR concerne le fait que la source laser accordable soit rigoureusement sans sauts de modes, et offre une longueur de cohérence la plus grande possible, car cette dernière conditionne la distance maximale mesurable par la méthode [51 Tsuji]. En effet, pour que l’interférence des signaux de test et de référence puisse se produire, il est clairement requis que la distance maximale soit inférieure à une demi-longueur de cohérence de la source laser (une demi-longueur, car la lumière fait un aller-retour dans la fibre de test). Puis, si on prend également en compte le théorème de Shannon, qui indique que l’échantillonnage doit être supérieur au double de l’écart entre les fréquences minimale et maximale qu’il contient, il faudrait diviser cette distance encore par deux. La portée maximale possible devient donc : Lcoh/4.
Précisons que la portée, par exemple limitée à 100 m environ avec un laser accordable sur la bande C+L, est beaucoup plus petite que celle rendue possible par la méthode OTDR.
En fait, il est possible d’effectuer les mesures OFDR pour des distances allant au-delà de la longueur de cohérence du laser, mais uniquement pour la détection des événements induisant des réflexions de Fresnel (e.g. : détection de défauts ou de connecteurs) [51 Tsuji]. On ne parle plus dans ce cas d’un capteur ‘réparti’ mais distribué’.
Afin d’augmenter la portée de la méthode OFDR, l’emploi d’autres types de lasers a également été envisagé [52 Geng] : un laser à fibre optique dopé Er/Yb a ainsi permis d’augmenter la distance maximale jusqu’à 95 km. Par contre, la résolution était dans ce cas d’une dizaine de centimètres, ce qui dans l’absolu n’est pas très performant pour ce type de méthode, mais reste tout de même parfaitement respectable pour une telle distance !
Une autre technique d’accroissement de la distance maximale interrogeable porte sur la compensation du bruit de phase du laser [53 Fan, 54 Froggatt]. La phase de la lumière émise par le laser peut en effet fluctuer dans le temps, ce qui augmente le bruit et perturbe les mesures. La méthode de compensation du bruit de phase consiste à exclure la phase du laser du traitement de signal grâce à un interféromètre auxiliaire.

Le réflectomètre fréquentiel OBR (Optical Backscattering Reflectometer) de la société Luna

Des recherches visant à élaborer une méthode de mesure basée sur la diffusion de Rayleigh ont été effectuées depuis longtemps [87 Dakin]. Aujourd’hui il n’existe qu’une seule entreprise « Luna Innovations », qui a réussi non seulement à élaborer, mais aussi à concrétiser industriellement le concept scientifique de méthode OFDR Rayleigh. Cette société a, pendant une dizaine d’années, été soutenue par la NASA qui s’intéressait aux applications de surveillance des structures dans le cadre de son programme de navettes spatiales. Ce soutien massif et constant a permis à Luna d’aller jusqu’au bout pour aboutir in fine à des produis commercialisés.

Société « Luna Innovations »

« Luna Innovations Incorporated » est désormais une société de développement et de production de systèmes de mesure et de diagnostic dans les domaines de la médecine, des télécommunications, de l’énergie et de la défense. Elle est scindée en deux départements :
Luna’s nanoWorks et Luna’s Technology.
Luna’s nanoWorks s’occupe du développement des systèmes de diagnostic médical à base de nanotechnologies. Luna’s Technology travaille (toujours) avec le gouvernement américain sur quatre axes principaux : les sciences pour la santé, la sécurité des systèmes d’information, les sciences des matériaux (développement de matériaux anticorrosifs, de matériaux hautes performances, etc.) et les capteurs (et types UltraSoniques et bien sûr les Capteurs à Fibres Optiques).
Au sein de Luna, le département spécialisé dans les produits à fibres optiques (tests de composants optiques, optique embarquée et capteurs répartis) porte le nom de Luna Technologies.
Comme souligné précédemment, Luna Technologies a commencé comme une compagnie indépendante effectuant la recherche dans le domaine de l’optique interférométrique pour la NASA. De nombreux projets scientifiques ont été ainsi subventionnés, permettant à la méthode Rayleigh OFDR d’être élaborée et mise en œuvre : l’appareil correspondant a été baptisé « Optical Backscatter Reflectometer » (OBR). Aujourd’hui la société Luna reste le seul acteur maîtrisant les mesures de type Rayleigh OFDR et le seul fabricant d’appareils de mesures de ce type au niveau mondial.

Performances de l’appareil Luna OBR

« Luna Technologies » a d’abord commencé par développer la méthode Rayleigh OFDR pour le diagnostic des réseaux de fibres optiques, avec l’appareil dénommé OBR 4200. Cet appareil ne mesurait que l’atténuation le long de la fibre et détectait et localisait les défauts de réseaux [89 Luna].
Au cours de ces travaux de recherche, une méthode reliant les effets de la température et des déformations avec les changements internes du cœur des fibres optiques a mise en évidence puis brevetée [54 Froggatt, 92 Froggatt, 93 Froggatt]. S’en est suivi l’appareil de type Luna OBR 4400. Cet appareil est capable d’effectuer des mesures réparties de température et de déformations [90 Luna] sur une portée de 70 m. La longueur maximale de fibre optique interrogeable par cet appareil est désormais de 2 km, par tronçons successifs de 80 m, mais des zones mortes apparaissent en cours d’utilisation [88 Gifford, 90 Luna].
Le dernier appareil fruit des développements de Luna est le modèle OBR 4600 dont certaines caractéristiques ont été améliorées, telle que la résolution spatiale et le bruit pour des portées allant au-delà de 20-30 m [91 Luna]. Les performances de l’appareil Luna OBR 4600 dans le mode « mesures réparties » sont présentées dans le tableau 1.5. Ce type d’appareil est présenté puisque c’est celui utilisé par notre laboratoire.

Table des matières

Remerciements
Introduction
i Information générale sur les fibres optiques
i.1 Principes de fonctionnement de fibres optiques
i.2 Types de fibres optiques
i.3 Fibres optiques monomodes et multimodes
ii Fabrication des fibres optiques
iii Applications des fibres optiques
iii.1 Fibres optiques dans télécommunication
iii.2 Lasers à fibres optiques
iii.3 Capteurs à fibres optiques
1 Etat de l’art des Capteurs à Fibres Optiques
1.1 Fibre optique comme transducteur idéal pour la profilométrie
1.2 Les méthodes de mesure de distance parcourue dans la fibre
1.2.1 La Réflectométrie temporelle
1.2.2 La Réflectométrie fréquentielle
1.2.3 Bilan des méthodes OTDR et OFDR
1.3 Principaux types de mesures réalisables par fibre optique
1.3.1 Capteurs distribués : réseaux de Bragg
1.3.2 Les Capteurs à Fibres Optiques répartis
1.3.2.1 Capteurs à diffusion Raman
1.3.2.2 Capteurs à diffusion Brillouin
1.3.2.3 Capteurs à diffusion Rayleigh
1.3.3 Bilan des méthodes de mesures présentées
1.4 Le réflectomètre fréquentiel OBR (Optical Backscatering Reflectometer) de la société Luna
1.4.1 Société « Luna Innovations »
1.4.2 Performances de l’appareil Luna OBR
1.5 Intérêt des travaux de la présente thèse
2 Analyse théorique
2.1 Rappel de structure de la fibre optique et diffusion de Rayleigh
2.2 Calcul théorique de la fluctuation de la permittivité diélectrique du cœur d’une fibre optique
2.2.1 Equation de propagation dans une fibre inhomogène
2.2.2 Solution de l’équation de propagation pour l’onde retro-réfléchie
2.2.3 Influence de la détection photonique et lien entre la fluctuation de la permittivité diélectrique et l’intensité photo-détectée
2.3 Méthode théorique des mesures des valeurs physiques
2.3.1 Méthode corrélationnelle
2.3.2 Méthode tensorielle
2.4 Montage OFDR expérimental
2.4.1 Description
2.5 Traitement des signaux reçus
2.5.1 L’interféromètre moniteur de phase MPh : Calcul de la phase du laser à balayage
2.5.2 L’interféromètre de mesures DUT : Calcul du déphasage et extraction des parties réelle et imaginaire de l’amplitude de la lumière laser injectée
2.5.3 Passage dans le domaine spatial et obtention de la courbe caractéristique de la réflectométrie fréquentielle
2.5.4 Calcul de la fluctuation de l’indice de réfraction et correction de la distance parcourue
2.5.5 Traitement de signal : méthode tensorielle
2.5.6 Traitement de signal : méthode corrélationnelle
2.5.7 Traitement de signal : L’algorithme
2.6 Conclusion de ce chapitre
3 Potentiel de mesure de l’appareil OBR 4600 Luna
3.1 Mesure des profils de température
3.2 Expérience de mesure en très haute température
3.2.1 Mesure de profile de température
3.2.2 Choix de la référence
3.2.3 Essais comparatifs avec différents types de fibres optiques
3.2.4 Conclusion
3.3 Mesure des profils de déformations
3.4 Conclusion de ce chapitre
4 Réalisation du système de mesure réparti fondé sur la rétrodiffusion de Rayleigh et la réflectométrie fréquentielle (OFDR)
4.1 Banc expérimental
4.2 Mise en œuvre du traitement de signal
4.2.1 Signaux de test artificiels
4.2.2 Test de la méthode corrélationnelle
4.2.2.1 Détermination du décalage spectral dans l’espace réciproque
4.2.2.2 Signaux de test dans l’espace réel
4.2.2.3 Détermination de décalage spectral à partir des signaux de test dans l’espace réel
4.2.2.4 Transfert du résultat dans l’espace réel
4.2.2.5 Simulation des signaux de mesure bruités
4.2.2.6 Simulation des signaux de mesure dans l’espace réel
4.2.3 Test de méthode tensorielle
4.2.4 Test du traitement du signal avec les données brutes de l’appareil OBR
4.2.4.1 Rappel concernant la procédure de traitement des données
4.2.4.2 Résultats pour la courbe caractéristique d’OFDR
4.2.4.3 Résultats obtenus avec la méthode corrélationnelle
4.3 Conclusion de chapitre
5 Applications de la réflectométrie fréquentielles aux mesures à haute résolution spatiale
5.1 Détection innovante des fuites de sodium liquide en périphérie d’une conduite
5.1.1 Conception générale du système de détection de fuites
5.1.2 Maquette de détection des fuites
5.1.3 Expérience et résultats
5.1.4 Prototype industriel du système de détection de sodium liquide
5.1.5 Conclusion de cette expérience de détection de fuite de sodium liquide
5.2 Autres exemples et idées d’applications de la méthode Rayleigh OFDR
5.2.1 Détection des défauts de bouteilles de pression pour le stockage d’hydrogène
5.2.2 Mesure de compression locale sur tube équipé d’une fibre spiralée
5.2.3 Détection des cavernes de sol dans les tunnels ferroviaires
5.2.4 Mesures de rayons de courbure
5.2.5 Mesures de dose
5.2.6 Système de surveillance périmétrique
5.2.7 Mesure de pression, hydrophones et réseaux d’hydrophones
5.3 Conclusion et perspectives d’utilisation de la méthode Rayleigh OFDR
Conclusion
Bibliographie

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