Thèse Développement d'Un Système pour l'Interrogation de Fibres à Réseaux de Bragg Soumis à des Ondes Ultrasonores H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes École doctorale : Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication Laboratoire de recherche : CEA /LIST - Laboratoire d'intégration de systèmes et de technologies Direction de la thèse : Arnaud RECOQUILLAY ORCID 0000000191799337 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-09-30T23:59:59 L'une des méthodes les plus utilisées en SHM est la mesure d'ondes élastiques guidées se propageant dans la structure sous surveillance. Pour cette application, les capteurs à fibres optiques sont particuliè-rement adaptés. Effectivement ceux-ci ayant une faible intrusivité, associée à la possibilité de les enfouir directement à l'intérieur de structures ou de les attacher en surface, il est possible d'instrumenter des pièces en modifiant peu leurs propriétés mécaniques. De plus, les fibres sont résistantes aux fortes températures, aux perturbations électromagnétiques et aux rayonnements ionisants, ce qui permet de les utiliser en environnements sévères. En particulier, les réseaux de Bragg, composants inscrits dans le coeur des fibres optiques qui présentent un spectre de réflexion en forme de pic sont très étudiés en SHM. Ils permettent la mesure d'ondes ultrasonores de manière localisée, à fréquence élevée et avec une bonne sensibilité. Dans le cadre de mesures à hautes fréquences, les réseaux de Bragg sont usuellement interrogés en réflexion avec une source lumineuse à bande étroite placée sur le flan du réseau. Le LSPM a déjà développé un système permettant l'interrogation de plusieurs réseaux de Bragg sur une même fibre optique, mais d'autres architectures d'interrogateurs sont possibles. Le travail proposé dans cette thèse consistera principalement au développement d'un prototype de système d'interrogation de réseaux de Bragg utilisant une source large bande filtrée. Le système sera optimisé, en particulier le choix des composants et du schéma d'interrogation seront cruciaux pour l'obtention d'une sensibilité suffisante aux applications SHM. Par ailleurs, l'utilisation d'une source large bande filtrée modifie sensiblement l'interrogation du réseau de mesure, ce qui implique que son dimensionnement est à revoir. Des réseaux de Bragg avancés seront gravés à l'aide de procédés d'écriture directe par laser femtoseconde en vue de réaliser des récepteurs acoustiques permettant d'obtenir un rapport signal à bruit plus important que des réseaux de Bragg classiques. Enfin, la capacité de mesurer en conditions environnementales et opérationnelles variables est critique. Le développement d'une stratégie pour permettre une mesure fiable indépendamment des changements de conditions d'utilisation du capteur (température, déformation statique etc.) sera intégrée au développement du système. Des mesures d'ondes guidées sur pièces instrumentées représentatives de cas industriels tels que des plaques métalliques et des tuyauteries seront réalisées. Enfin, les performances de ce système seront comparées aux performances d'autres systèmes de mesure d'ondes ultrasonores par réseaux de Bragg basés sur des architectures différentes. La mesure des ultrasons par réseaux de Bragg a suscité l'intérêt de nombreuses équipes de recherche ces dernières années du fait de l'intérêt de ces capteurs pour les applications (résistance aux environnements extrêmes, faible intrusivité...). Cependant, la mesure de ces ondes de haute fréquence et faible amplitude nécessite des techniques d'interrogation et des dimensionnements spécifiques des capteurs. Par ailleurs, les réseaux sont aussi sensibles à d'autres quantités physiques telles que la température. Il est donc nécessaire d'adapter la méthode de mesure pour filtrer ces effets. Différentes approches existent, mais celles-ci ne permettent pas d'exploiter tout le potentiel de ces capteurs pour des applications industrielles, du fait par exemple d'une sensibilité aux conditions environnementales ou d'un montage optique de complexité croissante avec le nombre de points de mesure. L'objectif de la thèse est de développer un nouveau concept de système d'interrogation des réseaux de Bragg pour la mesure d'ultrasons. La réponse complète du système, avec les capteurs, sera à caractériser en fonction des ondes ultrasonores mesurées. Il est ainsi attendu que le dimensionnement des capteurs soit à adapter aux nouvelles caractéristiques du système afin d'optimiser la sensibilité. Après une prise en main du sujet, le candidat sera amené à étudier les caractéristiques des composants optoélectroniques pour proposer un circuit permettant l'interrogation de réseaux de Bragg avec un ratio signal à bruit satisfaisant. Les performances seront comparées aux systèmes disponibles au CEA, basés sur le edge filtering avec une source laser. La simulation sera aussi utilisée afin d'optimiser les paramètres des capteurs en lien avec les spécificités de la technique d'interrogation mise en place.

Pour mener à bien le sujet, le candidat aura des connaissances dans au moins deux des domaines sui-vants : fibres optiques, optoélectronique, acoustique, programmation Python, analyse de données, mesures expérimentales.

• Python
• Programmation
• Fibre optique
• Analyse de données