Etude de deux capteurs a fibre optique pour le controle de structures : applications a l'aeronautique et au genie civil

par BERTRAND NOHARET

Thèse de doctorat en Sciences appliquées. Physique

Sous la direction de J.-P. GOURE.

Soutenue en 1996

à SAINT ETIENNE .

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  • Résumé

    Le travail decrit dans ce memoire analyse certaines perspectives offertes par les fibres optiques pour le controle de deformations de structures. Le concept de structure instrumentee est etudie, notamment a travers les notions de conditionnement du capteur par rapport a la structure, de transfert des contraintes de la structure au capteur, et de mesure simultanee de plusieurs parametres exterieurs (contraintes, temperature). Parallelement, les potentialites de differentes methodes interferometriques appliquees aux capteurs a fibres optiques sont comparees, offrant un eventail de techniques disponibles aux sensibilites optimisees pour diverses applications. Pour repondre a un reel besoin de l'industrie aeronautique, un systeme de detection d'impacts sur des structures composites multicouches est presente, base sur l'utilisation conjointe de l'interferometrie en lumiere blanche et de fibres optiques biregrigentes pour la mesure de contraintes residuelles induites apres impact. La realisation d'un impact sur une structure composite produit un couplage d'energie entre les modes propres de polarisation de la fibre optique inseree dans la structure. La localisation et l'intensite du couplage sont mesurees a l'aide d'un interferometre de lecture place en serie. Une etude theorique et experimentale du phenomene de transduction permet d'apprehender les limitations du systeme, de comparer les performances de plusieurs fibres birefrigentes et d'orienter le choix de fibre optique vers la fibre fase (fibre a structures evidees). Les performances experimentales obtenues pour la detection d'impacts sur plusieurs structures instrumentees confirment les potentialites de ce type de capteur pour la detection d'endommagements induits sur des structures composites par l'occurence d'impacts. Un deuxieme systeme capteur, applique a la mesure de deformations longitudinales de structures lineaires du genie civil (barres d'ancrage et cables de suspension), est propose a partir de la methode de modulation de sous-porteuse optique. L'elongation d'une structure instrumentee par une fibre monomode protegee par un revetement composite robuste est controlee a partir de la mesure du dephasage d'un signal micro-onde de modulation de l'onde optique guidee par la fibre optique. La frequence de modulation (ici 1 ghz) est choisie en fonction de la resolution et de l'etendue de mesure souhaitees. La protection composite de la fibre optique, obtenue par pultrusion, facilite la manipulation du capteur et permet son utilisation en milieu severe, tout en n'alterant pas la sensibilite de la fibre optique a une elongation. L'influence des variations de temperature est minimisee par l'emploi d'une deuxieme fibre optique laissee libre dans la protection composite. Un systeme compact de mesure (rack 19'') est evalue dans un environnement de laboratoire ainsi que sur site industriel ou le capteur instrumente des cables soumis a des contraintes representatives de leurs conditions normales d'utilisation. Les resultats experimentaux demontrent l'interet de la protection composite et de la methode de mesure pour plusieurs applications du genie civil


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  • Détails : 141 P.
  • Annexes : 101 REF.

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