De nouveaux capteurs pour conditions extremes

Le Professeur Julian Jones et son equipe de l’Universite Heriot-Watt ont
developpe de nouveaux types de capteurs qui peuvent resister a des
niveaux de pression et de temperature tres eleves. Ces trois nouveaux
types de capteurs utilisent des fibres optiques qui repondent aux
changements environnants. Ils peuvent tester des ondes de chocs causees
par de grandes quantites d’explosifs, controler la structure et la
securite de tunnels, ponts et batiments ou encore examiner les
deformations dans les pieces de securite aeronautiques. La plupart des
capteurs modernes utilisent le fait que la temperature, la pression et
les contraintes affectent leur comportement electrique. Un ordinateur
mesure ces changements et en produit une lecture numerique. Cependant,
ces capteurs ne sont pas commodes d’usage ou fiables et sont meme
dangereux d’emploi s’ils sont utilises dans de mauvaises conditions. Par
exemple, ils ne sont pas surs dans un environnement explosif et sont
sujets a des interferences dans des champs electromagnetiques forts (par
exemple dans les centrales electriques ou pour l’imagerie a resonance
magnetique). La fibre optique qui utilise la lumiere plutot que
l’electricite est donc interessante et commence a etre utilisee dans des
conditions ou les capteurs electroniques sont inefficaces. Ces capteurs
utilisent une technologie similaire a celle des fibres optiques pour les
systemes de communication. Ils sont constitues des deux fibres, une
permettant la mesure et l’autre la reference. Les deux faisceaux de
lumiere voyagent le long des fibre, subissent une reflexion a
l’extremite des fibres puis font le voyage retour ou ils emergent
ensemble. Ceci produit un phenomene d’interference optique avec
apparition de franges. L’allure des franges d’interferences permet de
determiner la variation de longueurs parcourues par les deux faisceaux.
Ce type de fibres optiques a ete utilise pour controler les deformations
d’ailes d’avion et detecter les mouvements dans des ouvrages de grandes
dimensions tels que ponts et barrages. Le P^r Jones decrit l’utilisation
de fibres plus elaborees qui promettent un nouveau spectre
d’applications. Le premier type de fibre est compose de plusieurs
coeurs, zone centrale de la fibre optique dans laquelle se propage la
plus grande partie du flux energetique. La comparaison des reponses
donnees par les coeurs de fibres adjacentes permet de mesurer comment
une structure s’allonge sur de petites surfaces. Une telle mesure aurait
necessite une centaine, voire un millier de capteurs electriques. Ce
nouveau type de capteur est d’ores et deja en developpement en
collaboration avec la NASA pour controler les deformations d’ailes
d’avions ou de tunnels. Le deuxieme type de capteur implique
l’utilisation de fibres faites de plastique. La fibre de verre a ses
limites et des jauges optiques de deformations pourraient etre utilisees
dans un plus grand nombre d’applications si les fibres etaient plus
resilientes. Les plastiques et les materiaux composites ont
d’excellentes proprietes, telles qu’un poids minimal, mais doivent etre
controles lorsqu’ils sont sujets a des contraintes extremes. Pour cette
application les fibres plastiques sont particulierement adaptees
puisqu’on peut aujourd’hui les fabriquer assez fines pour que le
principe d’interferometrie soit applicable. Le troisieme type de capteur
est fonde sur le principe des deux fibres optiques enonce precedemment,
similaires a celles utilisees pour les telecommunications, qu’on peut
rendre encore plus polyvalentes en construisant des petites structures
en leurs sommets. Un exemple consiste en l’utilisation de laser pour
forer un trou d’un centieme de millimetre de diametre au bout de la
fibre et ensuite le couvrir avec une membrane extremement legere. Ces
micro-capteurs sont aujourd’hui parmi les capteurs de pression ayant un
temps de reponse minimal ; ils sont si resistants qu’ils sont utilises
pour des experimentations sur des ondes de chocs. Le P^r Jones croit en
l’avenir et au developpement de ces trois types de capteurs a fibres
optiques avec des nouvelles applications pour des centrales
energetiques, des systemes de guidage ou encore en medecine et en
securite alimentaire.