Influence des radiations (X, gamma, protons et électrons) sur les mesures par réseaux de Bragg à fibres optiques en environnement haute température

par Thomas Blanchet

Thèse de doctorat en Optique, Photonique et Hyperfréquences

Sous la direction de Sylvain Girard, Emmanuel Marin et de Guillaume Laffont.

Soutenue le 11-10-2019

à Lyon , dans le cadre de École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne) , en partenariat avec Laboratoire Hubert Curien (Saint-Etienne) (équipe de recherche) , Laboratoire Hubert Curien (Saint-Etienne) (laboratoire) et de Université Jean Monnet (Saint-Étienne) (établissement opérateur d'inscription) .


  • Résumé

    Les capteurs de température à fibres optiques possèdent de nombreux avantages tels que leurs faibles tailles et poids ainsi que leurs immunités à une large bande du spectre électromagnétique. La technologie des réseaux de Bragg inscrits sur fibre optique présente les mêmes avantages et ils sont de plus ultra-rapides, permettant de mesurer la température avec une précision meilleure que 0,5°C. Cependant pour des milieux radiatifs tels que l’espace ou le cœur des réacteurs nucléaires les performances de ces réseaux peuvent être affectés par les radiations ou des effets combinés des radiations et de la température. Dans ce manuscrit nous avons étudié la vulnérabilité de trois types de réseaux de Bragg : les réseaux de type I photo-inscrits avec des lasers continus ou pulsés, les réseaux de type R –Régénération – identiques aux réseaux de type I mais ayant subi un recuit à haute température (> 600°C) et caractérisés par une excellente tenue aux hautes températures (> 1000°C), et les réseaux de type II inscrits avec des lasers femtosecondes connus pour résister aux hautes températures. Même après un recuit à haute température (300°C) les réseaux de type I ne sont pas stables aux radiations. Les réseaux de type R ne sont également pas stables sous radiation à température ambiante alors que pour des températures d’irradiations supérieures à 150°C le réseau présente sous rayons X une incertitude sur la mesure inférieure à 1°C. Enfin après un recuit à haute température les réseaux de type II sont stables sous radiation, avec une erreur sur la mesure de température de moins de 1°C.

  • Titre traduit

    Radiation (x, gamma, protons and electrons) and high temperature influences on fiber bragg grating measurements


  • Résumé

    Optical fiber temperature sensors have numerous advantages such as their small sizes, low weights and their immunity to a large band of the electromagnetic spectrum. The fiber Bragg gratings technology has the same advantages than the other optical sensors and is also characterized with an ultra-fast time response with a temperature accuracy better than 0.5°C. For nuclear environments such as near-Earth space or a nuclear reactor core the radiation – and the temperature – influence the performances of Bragg gratings. In this manuscript, we studied the behaviors of three gratings types: type I gratings are photo-inscribed with continuum or pulsed laser. They cannot resist to temperature higher than 400°C. Type R – Regenerated – gratings are done as type I with a further high-temperature treatment (> 600°C) to create a new grating resistant to temperatures exceeding 1000°C. Type II gratings are inscribed with femtosecond laser and are well-known to have a thermal stability as good as type R gratings. Regarding their responses to radiation and thermal constraints, type I gratings are unstable under radiations even with pre-thermal annealing (300°C). In addition, larger is the dose-rate or the accumulated dose larger the grating degradation is. Type R gratings are unstable under radiations at room temperature. However for the irradiation temperature above 150°C these gratings present an equivalent temperature error due to radiations of less than 1°C. After a thermal treatment at a temperature above 450°C, type II gratings are stable under radiations at room temperature (less than 1°C of radiation induced error).


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