Instrumentation nanofibre pour les fortes radiations (satellite en orbite haute)

Nanofiber sensors for hard radiative environment

• Auteur / Autrice : Simon Colombel
• Direction : Jean-Charles Beugnot
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Optique et photonique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : SPIM - Sciences Physiques pour l'Ingénieur et Microtechniques
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Franche Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Département d'Optique
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Franche-Comté (1971-....)

Mots clés

Mots clés libres

Technologie spatiale

Capteur

Fortes radiations

Fibres optiques

Space technology

Sensor

Hard radiations

Optical fiber

Résumé

Introduction/ contexte : Les satellites en orbite haute permettent de couvrir une zone très étendue sur la terre. Néanmoins ces satellites subissent beaucoup de perturbation radiative qui réduisent considérablement leur durée de vie. La technologique que nous proposons consiste à remplacer le filament métallique d'une jauge de Pirani (capteur de pression du vide) par une fibre optique amincie. Nous avons observé que lorsque la lumière issue d'un laser se propage dans la fibre optique, une partie est absorbée par le matériau, et par convection, la température de la fibre augmente. Ce capteur utilise les avantages des propriétés intrinsèques des fibres optiques (mesure quasi distribuée et déportée, immunité électromagnétique, magnétique, électrique, radioactive). FEMTO-ST possède une expertise internationale sur l'amincissement des fibres optiques [1,2]. Actuellement, le CNES réalise des tests avec jauge Pirani à cathode froide fabriquée par Inficon. Ces capteurs ne sont pas compatibles avec un environnement spatial. Ce travail est en lien avec un brevet CNRS sur la création d'une jauge de Pirani par fibres optiques. Il est à noter qu'un projet Appel à idées externes R&T SYSTEMES ORBITAUX sera financé par le CNES (2023-2024, 20k€). Ce projet collaboratif a pour objectif d'évaluer la capacité des fibres optiques amincies à détecter des fuites en vides secondaires. Cette thèse a pour objectif d'apporter des moyens humains pour développer cee thématique. Travaux envisagés : L'objectif de cette thèse de doctorat est de développer un capteur à ''fibres optiques pour les fortes radiations (supérieur au giga gray) via des tests de faisabilité pour atteindre un niveau de TRL5 sur les objectifs du CNES. La compréhension des interactions photons/phonons permettra d'optimiser la réponse du capteur.

Job description :High-orbit satellites allow for coverage of a large area on Earth. However, these satellites are subjected to significant radiative disturbances that greatly reduce their lifetime. The technology we propose involves replacing the metallic filament of a Pirani gauge (a vacuum pressure sensor) with a thinned optical fiber. We have observed that when light from a laser propagates through the optical fiber, a portion of it is absorbed by the material, causing an increase in the temperature of the fiber through convecon. This sensor leverages the inherent advantages of optical fibers, such as distributed and remote measurement, immunity to electromagnetic, magnetic, electric, and radioactive interference. FEMTO-ST has international expertise in the thinning of optical fibers [1,2]. Currently, CNES (French National Centre for Space Studies) is conducting tests with cold cathode Pirani gauges manufactured by Inficon, but these sensors are not compatible with the space environment. This work is related to a CNRS patent devoted to optical fiber photonic Pirani gauge. It should be noted that a collaborative project funded by CNES (2023-2024, 20k€) under an external call for ideas on R&T (Research and Technology) for Orbital Systems aims to evaluate the capability of thinned optical fibers to detect leaks in secondary vacuum systems. This thesis aims to provide human resources to further develop this topic