Vers la discrimination de température et de déformation par capteur à fibre distribuée basée sur la diffusion Brillouin

Toward the temperature and strain discrimination by Brillouin based distributed fiber sensor

• Auteur / Autrice : Camille Sabatier
• Direction : Emmanuel Marin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique, Photonique
• Date : Soutenance le 16/10/2019
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire Hubert Curien (Saint-Etienne ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Hubert Curien (Saint-Etienne ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Jean Monnet (Saint-Étienne ; 1969-....)
• Jury : Président / Présidente : Brice Vincent
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Brice Vincent, Serena Rizzolo, Mario Carpentieri
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Xiaoyi Bao, Patrice Mégret

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fibres optiques

Capteurs (technologie)

Capteurs optiques

Simulation

Brillouin, Effet

Mots clés libres

Brillouin

Simulation

Capteurs à fibre optique

Capteur de contrainte

Capteur de température

Capteur distribué

Environnement radiatif

Optical fiber sensors

Brillouin

Simulation

Strain sensor

Temperature sensor

Distributed sensor

Radiative Environment

Résumé

L’objectif est de développer un capteur capable de discriminer à la fois la température et la déformation sur de longues distances, s’appuyant sur une fibre unique. Ceci sera réalisé via une approche couplée simulation/expérience. Un modèle de simulation de la réponse Brillouin dans une fibre optique a été développé. Le modèle de simulation prend en compte la composition de la fibre et la répartition des dopants. Deux structures de fibre optique ont été optimisées par simulation, ce qui a permis de mettre en avant la robustesse de nos modèles. Par la suite, ces deux fibres optiques ont été fabriquées. Des tests sur les conditions de fibrages ont été réalisés afin d’obtenir une fibre avec les meilleurs capacités possibles de discrimination entre la température et la déformation et de vérifier la robustesse de la fabrication. Toutes les fibres fabriquées présentent une signature Brillouin avec plusieurs pics. Les résultats expérimentaux ont été comparés avec les calculs et confirment notre capacité de prédiction. Les capacités de discrimination des fibres optiques ont été vérifiées et comparées avec les fibres déjà présentes sur le marché. Certaines fibres présentées dans cette thèse montrent des capacités de discrimination supérieures aux meilleures fibres de la littérature.

The objective is to develop a sensor capable of discriminating between temperature and strain relying on a single fiber over long distances. This will be done by using a coupled simulation / experiment approach. a simulation model of the Brillouin response in an optical fiber has been developed. The simulation model takes into account the composition of the fiber and the distribution of dopants. An optimization of two optical fiber structures was modeled, which made it possible to highlight the robustness of the simulation model. Subsequently, these two structures were manufactured. Tests on fiber conditions were carried out in order to obtain a fiber with the best temperature / strain discrimination capabilities and to verify the robustness of the manufacturing. All the fibers presented have a Brillouin signature with several peaks. The experimental results were compared with the simulation data and show similar results. The discrimination capabilities of optical fibers have been verified and compared with the fibers already on the market. Some fibers presented in this PhD thesis show discriminating capabilities superior to the fibers reported in literature.