Etude des modes de galerie pour la réalisation d'un capteur de déformation 3D

Study of whispering gallery modes for a 3D strain tensor sensor

• Auteur / Autrice : Corentin Guigot
• Direction : Dominique Leduc, Cyril Lupi, Yann Lecieux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 24/11/2021
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Jacquemin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Georges Boudebs, Sylvie Delepine Lesoille

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réseau de Bragg

Modélisation tridimensionnelle

Capteurs (technologie)

Mots clés libres

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Résumé

L’objectif de cette thèse est la conception d’un capteur enfoui de déformation 3D basé sur l’exploitation des modes de galerie. Ce manuscrit se base sur le capteur déjà existant Sentinelle exploitant des réseaux de Bragg traversant un corps d’épreuve. La taille centimétrique du prototype limite certaines applications. Dès lors, la miniaturisation du système nécessite un changement de technologie employée. C’est ici qu’interviennent les modes de galerie. Une étude numérique des modes de galerie dans un résonateur gainé a été réalisée. Une classification des modes a été proposée et un critère permettant de les évaluer a été éprouvé. Les sensibilités théoriques à la température et à la déformation ont été évaluées et confrontées aux résultats expérimentaux de la littérature. Une dépendance de ces sensibilités au rayon du résonateur a été mise en évidence et une explication a été proposée. Des relations linéarisées entre tenseur de déformation et variation de longueur d’onde sont proposées et les approximations réalisées sur le terme photoélastiques ont été confrontées à des modélisations par éléments finis. Les résultats ont permis la quantification de ces approximations. L’inversion du problème a été réalisée

The purpose of this thesis is the design of an embedded 3D strain tensor sensor based on the exploitation of whispering gallery modes (WGM). This manuscript is based on the already existing sensor "Sentinelle" exploiting Fiber Bragg grating. This sensor has a centimetric size, therefore it is not suited for some applications. The miniaturization of the system needs to change the optical technology. This is where WGM are used. A numerical study has been done for WGM in a cladded sphere. A classification of modes has been proposed and a criteria allowing the sorting of the modes has been proven. Sensitivities have been evaluated and compared to experimental values. A dependancy of these sensitivities to core radius have been observed and explanations have been proposed. Linearized relations between strain tensor and change in wavelength have been made and approximations about the photoelastic term have been confronted to finite element simulations. These approximations have been quantified. The inverse problem have been solved