Mesure dynamique de déformation par rétrodiffusion Brillouin spontanée B-OTDR

Dynamic strain measurement based on spontaneous Brillouin scattering B-OTDR

• Auteur / Autrice : Damien Maraval
• Direction : Renaud Gabet, Yves Jaouën
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique et communications
• Date : Soutenance le 11/05/2017
• Etablissement(s) : Paris, ENST
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Informatique, télécommunications et électronique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Traitement et communication de l'information (Paris ; 2003-....)
• Jury : Président / Présidente : Catherine Lepers
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascal Szriftgiser
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thibaut Sylvestre, Thierry Chartier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Détecteurs à fibres optiques

Instruments de mesure

Mots clés libres

Capteurs à fibre optique

Mesure répartie

Rétrodiffusions Rayleigh, Raman et Brillouin

Mesure dynamique de température

Déformation et déplacement

Surveillance de l’état de santé d’une structure, SHM

Mécanique des matériaux

Optical fiber sensors

Distributed measurement

Rayleigh, Raman and Brillouin backscatter

Dynamic temperature strain

Displacement measurement

Structural health monitoring, SHM

Material mechanics

Résumé

Aujourd’hui, trois technologies distinctes et complémentaires sont disponibles pour réaliser des mesures réparties de température, de déformation ou de vibration grâce à l’analyses des rétrodiffusion Raman, Brillouin et Rayleigh. Les besoins industriels actuels se portent sur la mesure répartie de déformation pour des infrastructures avec de longs linéaires, comme les canalisations, pour lesquelles une cartographie linéaire et en temps réel de leur état est demandée. Nous nous focalisons alors sur la conception d’un système de mesure Brillouin capable de mesurer de manière répartie et dynamique les déformations subies par une fibre optique. La méthode employée sera celle du flanc de frange ; elle a déjà été développée et expérimentée sur une architecture opto-électronique de type analyseur Brillouin (Brillouin-OTDA), nécessitant l’accès aux deux extrémités de la fibre optique. Dans notre cas, elle est implémentée sur une architecture fonctionnant en réflectométrie. Les résultats expérimentaux obtenus seront caractérisés et validés par la simulation des mesures de la déformation et du déplacement d’une canalisation supportée entre deux appuis simples ; un modèle mécanique, adapté à cette configuration et transposable sur des projets réels, est développé. Par le biais de partenaire industriels de Cementys, ce modèle est utilisé dans deux projets de surveillance de canalisation d’hydrocarbures dont les moyens d’installation et la finalité sont différents.

Today, three distinct and complementary technologies are available for distributed temperature, strain or vibration measurements with the analysis of Raman, Brillouin and Rayleigh backscattered light. Current industrial needs are distributed strain measurements for linear infrastructures, such as pipelines, for which linear and real-time strain distribution is required. The research work aims to design a new distributed and dynamic strain measurement system based on the analysis of spontaneous Brillouin backscatter by reflectometry. Slope assisted technique is used to accelerate the measurement acquisition, currently limited to static events because of their actual principle of sweep frequency acquisition of the Brillouin backscattering spectrum. The experimental results are characterized and validated by the simulation of the measurements of the deformation and displacement of a pipe supported between two simple supports. A mechanical model, adapted to this configuration and transposable on real projects, is developed. Through Cementys industrial partner, this model is then used for two monitoring project of pipelines with different installation facilities and purpose.