Étude d’un système de surveillance de structure par fibre optique reposant sur l’effet Brillouin

Study of a structural monitoring system by optical fiber, based on the Brillouin effect

• Auteur / Autrice : Miyassa Salhi
• Direction : Anne-Laure Billabert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique, Optronique et Systèmes
• Date : Soutenance le 22/09/2020
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire électronique, systèmes de communication et microsystèmes - Electronique- Systèmes de communication et Microsystèmes / ESYCOM
• Jury : Président / Présidente : Christelle Aupetit-Berthelemot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne-Laure Billabert, Yves Jaouën, Ammar Hideur, Angélique Rissons, Salim Faci, Aghiad Khadour, Shermila Mostarshedi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yves Jaouën, Ammar Hideur

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fibres optiques

Brillouin, Effet

Capteurs optiques

Mots clés libres

Capteurs optiques distribués

Effet Brillouin

Source Bi-Mode

Brillouin effect

Bi-Mode source

Distributed optical sensors

Résumé

L’utilisation de capteurs distribués à fibres optiques délivrant une information en chaque point de la fibre constitue un outil majeur des stratégies de surveillance de structures à grande échelle en génie civil. Le phénomène de diffusion Brillouin spontanée (ou stimulée), dans le domaine des capteurs à fibres optiques, fait l’objet d’une forte investigation scientifique depuis les années 1990. Les solutions industrielles proposées reposent sur l’analyse spectrale de l’onde Stokes rétrodiffusée tout le long de la fibre. Ainsi, un dispositif B-OTDR (Brillouin Optical Time-Domain Reflectometer) peut réaliser une mesure du décalage de la fréquence Brillouin (de l’ordre de 11 GHz autour de 1.55 µm) avec une résolution spatiale métrique et une sensibilité des mesures de déformation et de température respectivement de l’ordre de 10 µm/m et 0.5°C, mais pour un coût élevé (de l’ordre de 100 k€), ce qui limite leur utilisation.Les travaux de cette thèse sont orientés vers l’étude d’un système de surveillance reposant sur l’utilisation d’une source optique bi-fréquence bi-polarisation, qui permettrait de remédier aux inconvénients des systèmes conventionnels et ayant des performances équivalentes avec les solutions à l’état de l’art

The use of distributed sensors fiber optic delivering information in each point of the fiber is an important tool for large-scale structures surveillance strategies in civil engineering. The spontaneous Brillouin scattering phenomenon (or stimulated) in the field of sensors optical fiber is subject to strong scientific inquiry since the 1990s. The proposed industrial solutions are based on the spectral analysis of the Stokes wavelength backscattered along the length of the fiber. Thus, a B-OTDR device (Brillouin Optical Time-Domain Reflectometer) can perform a measurement of the shift of the Brillouin frequency (of the order of 11GHz around 1.55 µm) with a metric spatial resolution and sensitivity of the strain measurements and temperature respectively of about 10 µm/m and 0.5 °C, but at a high cost (about 100k€) which limits their use. This thesis is oriented towards the study of a monitoring system based on the use of a bi-frequency bi-polarization source, which would make it possible to remedy the drawbacks of conventional systems and have equivalent performances with state of the art solutions