Conception et réalisation d'un système optoélectronique embarqué

Design and realization of an embedded optoelectronic system

• Auteur / Autrice : Ahmed Fathallah
• Direction : Zhuoxiang Ren
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie électrique, électronique, photonique et systèmes
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 03/04/2025
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris (2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Génie électrique et électronique de Paris (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1998-....)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Holé
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Zhuoxiang Ren, Catherine Algani, Souhil Megherbi, Philippe Benabes, Mohamed Ben chouikha, Alejandro Ribes, Raúl MARíN PRADES
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Algani, Souhil Megherbi

Mots clés

Mots clés libres

Systèmes embarqués

Fpga

Capteurs intelligents

Algorithmes IA

Photonique

Optoélectronique

Embedded Systems

Fpga

Smart sensors

AI algorithmes

Photonics

Optoelectronic

Résumé

Les polymères jouent un rôle crucial dans l'industrie nucléaire en tant que matériaux isolants et structurels. Cependant, leur vieillissement sous l'effet de facteurs environnementaux peut compromettre la fiabilité et la sécurité des installations. Assurer un suivi précis et non destructif de leur état est essentiel pour prévenir les défaillances. Les avancées dans le domaine des systèmes embarqués, en combinant des technologies optiques et des architectures électroniques compactes, offrent des solutions innovantes et performantes pour relever ce défi. Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre du projet européen El-Peacetolero, qui propose un système optoélectronique embarqué pour l'identification et le diagnostic des matériaux polymères basé sur la spectroscopie infrarouge ATR. Ce système repose sur l'analyse de l'absorbance des polymères à des longueurs d'onde spécifiques, permettant d'identifier les altérations structurelles liées au vieillissement. Les contributions majeures incluent la conception de cartes électroniques pour la commande pulsée et la régulation de la température des LEDs et photodétecteurs IR, l'étude du bruit dans les photodétecteurs, la validation expérimentale d'un prototype portable et l'évaluer la tolérance du système aux radiations en effectuant des tests d'irradiation en collaboration avec CEA. Les premiers résultats montrent la capacité du système à différencier les états de vieillissement des échantillons de polymères PPG et Electropearl ayant subi un vieillissement thermique accéléré. Une version améliorée du prototype, intégrant un cristal ATR, un module laser et des cartes électroniques optimisées, est en cours de développement. Par ailleurs, les premières étapes d'un prototype basé sur FPGA ont été initiées pour accroître les performances et explorer de nouvelles applications. Ces avancées posent les bases d'une solution robuste et évolutive pour le suivi non destructif du vieillissement des polymères dans des environnements industriels exigeants.

Polymers are essential to the nuclear industry as insulating and structural materials. However, their aging under environmental factors can compromise the reliability and safety of installations. Ensuring precise and non-destructive monitoring of their condition is essential to prevent failures. Advances in embedded systems, combining optical technologies and compact electronic architectures, offer innovative and efficient solutions to address this challenge. This doctoral work is part of the European project El-Peacetolero, which proposes an embedded optoelectronic system for the identification and diagnosis of polymer materials based on ATR infrared spectroscopy. This system relies on analyzing the absorbance of polymers at specific wavelengths, enabling the identification of structural alterations related to aging. Major contributions include the design of electronic boards for pulsed control and temperature regulation of IR LEDs and photodetectors, the study of noise in photodetectors, the experimental validation of a portable prototype, and the evaluation of the system's radiation tolerance through irradiation tests conducted in collaboration with CEA. Initial results demonstrate the system's ability to differentiate the aging states of PPG and Electropearl polymer samples subjected to accelerated thermal aging. An improved version of the prototype, integrating an ATR crystal, a laser module, and optimized electronic boards, is currently under development. Furthermore, the initial steps of a prototype based on FPGA technology have been initiated to enhance performance and explore new applications. These advancements lay the foundation for a robust and scalable solution for the non-destructive monitoring of polymer aging in demanding industrial environments.