Effets combinés des radiations et de la température sur les fibres optiques à base de silice

Combined effects of radiation and temperature on silica-based optical fibers

• Auteur / Autrice : Cosimo Campanella
• Direction : Aziz Boukenter, Franck Mady
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique, Photonique et Hyperfréquences
• Date : Soutenance le 27/10/2022
• Etablissement(s) : Saint-Etienne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Hubert Curien (Saint-Etienne ; 1995-....)
• Jury : Président / Présidente : Sylvain Girard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Adriana Morana, Thierry Robin, Johan Bertrand
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gianpiero Buscarino, Linards Skuja

Mots clés

Mots clés contrôlés

Contraintes thermiques

Défauts ponctuels

Rayonnements

Hydrogène

Température

Fibres optiques

Mots clés libres

Fibres optiques

Radiation

Temperature

Hydrogène

Atténuation induite par les rayonnements

Environnements difficiles

Défauts ponctuels induits par les rayonnements

Photoblanchiment

Optical fibers

Radiation

Temperature

Hydrogen

Radiation-induced attenuation

Harsh environments

Radiation-induced point defects

Photobleaching

Résumé

Lorsque les fibres optiques sont exposées à des radiations, leurs propriétés de transmission de signaux se dégradent en raison de la génération de défauts induits par les rayonnements. Ce phénomène, nommé atténuation induite par irradiation (ria), est le plus étudié parmi les processus impliquant des rayonnements car c'est celui qui a le plus d'impact sur les performances des systèmes. Les niveaux et la cinétique de la ria peuvent être affectés par de nombreux paramètres tels que les conditions d'irradiation, la composition de la fibre, la puissance de la lumière injectée et les prétraitements. La connaissance de la dépendance de la ria à ces facteurs est d'une importance fondamentale pour des applications telles que le diagnostic in situ dans l'industrie nucléaire ou la surveillance des paramètres environnementaux dans les sites de démantèlement et de stockage des déchets radioactifs. Ces applications sont associées à des environnements mixtes sévères caractérisés par la présence de rayonnements ionisants, des variations de température et la présence de divers gaz. un exemple est le cas du projet cigeo, mené par l'andra, qui a conduit à la conception du consortium certyf, un projet de recherche fondamentale visant à améliorer les connaissances actuelles sur les mécanismes de base responsables de la dégradation des fibres en présence simultanée de radiations, d'hydrogène et de contraintes thermiques. Les connaissances acquises peuvent contribuer à améliorer la conception de fibres optiques en fonction des objectifs souhaités que ce soit le durcissement des fibres ou, au contraire, augmenter leurs sensibilités aux radiations.

When optical fibers are exposed to radiation, their signal transmission properties are degraded due to the generation of radiation-induced point defects in the optical fiber silica-based matrix. this phenomenon, named radiation-induced attenuation (ria), is the most studied among the radiation-involving processes as is the one with the major impact on the systems performances. Ria levels and kinetics can be affected by many parameters as the irradiation conditions, fiber composition, probing light power and pre-treatments. the knowledge of the ria dependence on these factors is of fundamental importance for applications such as in-situ diagnostics in nuclear industry or for the monitoring of environmental parameters in nuclear waste dismantling sites or nuclear waste repositories. These applications are associated with severe mixed environments characterized by the presence of ionizing radiations, temperature variations and presence of various gases. a typical example is encountered by andra in the framework of the cigeo project, which led to the conception of the certyf consortium, a fundamental research project aiming to improve the current knowledge on the basic mechanisms responsible for the fiber degradation in the simultaneous presence of radiation, hydrogen and temperature constraints. The acquired knowledge may contribute to improve the design of radiation-resistant optical fibers in order to develop radiation-tolerant systems or sensors able to operate in radioactive waste storage facilities or, conversely, to the enhance the radiation sensitivity in order to improve the performances of dosimetry systems.