AUX ENVIRONNEMENTS IRRADIÉS

DESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUE L'invention se rapporte au domaine de la surveillance d'ouvrages et plus précisément au domaine de la surveillance de la déformation da ns a u moins une zone de ces ouvrages.

En effet, pour certains ouvrages, tels que des ouvrages industriels ou civils, il est nécessaire de surveiller l'apparition et l'évolution de déformations qui pourraient être un signe de dégradation dans la structure de ces ouvrages. Une telle surveillance, permet d'évaluer l'état de ces ouvrages et ainsi prévenir à l'avance les risques d'endommagement, voire d'effondrement, de ces derniers.

Cette surveillance est généralement réalisée au moyen de dispositifs de surveillance de la déformation d'un ouvrage qui comprennent une fibre optique, ladite fibre optique étant installée da ns une zone de l'ouvrage à surveiller. Ces dispositifs sont particulièrement adaptés pour la surveillance d'un ouvrage de grandes dimensions, la fibre optique permettant de couvrir des surfaces d'ouvrage particulièrement importantes.

L'invention concerne donc plus précisément un dispositif de surveillance de la déformation d'un ouvrage, une utilisation d'une fibre optique et un procédé de surveillance d'un ouvrage particulièrement adaptés aux environnements irradiés.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

Parmi les dispositifs de surveillance de déformation d'ouvrage, les dispositifs mettant en œuvre une mesure du type Brillouin le long d'une fibre optique permettent de fournir une mesure à la fois résolue spatialement, avec une résolution inférieure au mètre, et résolue en déformation, de l'ordre de 10 μιη/m, sur des distances supérieures à 10 kilomètres.

Le principe d'un tel dispositif consiste à préalablement équiper une zone de l'ouvrage à surveiller d'une fibre optique et à ensuite utiliser un système de mesure optique pour effectuer une mesure du type Brillouin le long de cette fibre optique. Le décalage en fréquence du pic Brillouin qui est obtenu lors de cette mesure est directement dépendant de la déformation le long de cette fibre optique et donc de la déformation de la zone de l'ouvrage équipée de ladite fibre optique.

Cette dépendance entre le décalage en fréquence du pic Brillouin et la déformation de la fibre optique est définie par l'équation ci-dessous :

Δν = Ce(e-e0)+C _T (T-T0) (1)

avec Δν le décalage en fréquence du pic Brillouin, CE le coefficient de calibrage en déformation de la fibre optique, ε et εθ respectivement la déformation le long de la fibre et une déformation de référence, CT le coefficient de calibrage en température, et T et T0 respectivement la température le long de la fibre optique et une température de référence. La sensibilité en déformation qu'autorise la fibre optique est donc directement reliée au coefficient de calibrage en déformation CE. Dans une fibre optique classiquement mise en œuvre dans ce type de dispositif, les coefficients de calibration en température et en déformation sont respectivement de l'ordre de 1 M Hz/°C et 0,05 Μ Ηζ/(μηΊ/ηΊ) pour une longueur d'onde de 1.55 μιη .

Ainsi, si de tels dispositifs fournissent une mesure résolue spatialement et en déformation, ils sont, néanmoins et comme montré dans l'équation (1) ci-dessus, fortement dépendant de la température régnant dans la zone de l'ouvrage. Sans opération de compensation adaptée, de tels dispositifs de surveillance ne permettent donc pas d'identifier si une variation du signal mesuré a pour origine l'application d'une déformation à la fibre optique, c'est-à-dire une évolution de la structure de l'ouvrage, ou une augmentation locale de la température.

Afin de remédier à cet inconvénient, il est connu, notamment de l'article scientifique de P. Dragic et al. [1], d'utiliser da ns de tels dispositifs des fibres optiques comportant de l'aluminium en tant qu'élément dopant de cœur de fibre. Une telle fibre optique permet de fournir une sensibilité à la déformation qui est significativement accrue, jusqu'à un doublement du coefficient de calibrage en déformation CE, vis-à-vis d'une fibre optique classique. Une telle sensibilité permet de réduire l'influence de la température sur la mesure de déformation et facilite ainsi la mise en œuvre d'une opération de compensation pour décorréler la mesure de déformation des éventuelles variations de température le long de la fibre optique.

Néanmoins des travaux récents, tels que les travaux de Faustov et a/. [2]ont montré que de telles fibres sont particulièrement sensibles aux rayonnements radioactifs. Ces fibres optiques sont donc inadaptées pour la surveillance de lieux da ns lesquels un environnement irradié est susceptible de régner, tels que les lieux de stockage de déchets radioactifs ou les lieux de productions d'énergies radioactifs. I l n'est ainsi pas possible de fournir un dispositif de surveillance fiable dans un environnement radioactif qui bénéficie de la sensibilité accrue d'une fibre dopée à l'aluminium.

EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a pour but de remédier à cet inconvénient en fournissa nt un dispositif de surveillance d'une zone de l'ouvrage qui autorise une mesure de déformation avec une influence de la température qui est réduite par rapport à un dispositif équipé d'une fibre optique classique et qui puisse être fiable dans un environnement radioactif, c'est-à-dire irradié, contrairement aux dispositif de surveillance de l'art antérieur comportant une fibre optique dopée à l'aluminium.

A cet effet l'invention concerne un dispositif de surveillance de la déformation d'au moins une zone d'un ouvrage, ledit dispositif comportant :

- une première fibre optique destinée à être installée dans la zone de l'ouvrage,

- un système de mesure optique configuré pour effectuer le long d'une partie de la première fibre optique une mesure du type Brillouin de manière à déterminer la déformation de ladite partie de première fibre optique,

la première fibre optique comportant de l'azote en tant qu'élément dopant de cœur de fibre. Les inventeurs ont découvert qu'une fibre optique comportant de l'azote en tant qu'élément dopant de cœur de fibre optique permet de fournir un dispositif avec une sensibilité à la déformation particulièrement importante sans modification significative de l'influence de la température. Cette observation a été obtenue avec des niveaux de proportion en azote contenus. En effet, pour une proportion massique en azote de 0,6% dans le cœur de fibre de la fibre optique, la sensibilité à la déformation est similaire à celui d'un dispositif comportant une fibre optique avec une proportion massique en aluminium de 10%.

Il en résulte que pour un dopage du cœur de fibre en azote relativement réduit, une telle fibre optique autorise une mesure de déformation avec une bonne sensibilité à la déformation qui est similaire à celle autorisée par une fibre optique comportant un dopage d'aluminium de près de 20 fois supérieur. Cette quantité en élément dopant restant relativement contenue, elle n'affecte pas significativement les pertes en transmission de la fibre optique et a donc peu d'influence sur la longueur maximale de fibre optique sur laquelle la mesure de déformation peut être réalisée.

Un tel élément dopant permet de fournir une fibre optique peu sensible à la radioactivité contrairement à des éléments dopants tels que l'aluminium. Il en résulte qu'un dispositif comportant une telle fibre optique est particulièrement adapté pour la surveillance d'ouvrage soumis, ou susceptible d'être soumis, à des radiations, tel que des ouvrages de production d'énergie nucléaire ou de stockage de produits radioactifs.

Ainsi, un dispositif de surveillance comportant une telle fibre optique bénéficie d'une sensibilité à la déformation similaire, voire améliorée, par rapport à un dispositif de surveillance équipé d'une fibre optique dopée aluminium sans présenter les incompatibilités aux environnements radioactifs inhérentes à ces derniers dispositifs de surveillance.

On entend ci-dessus et dans le reste de ce document, par dopant de cœur de fibre, un élément qui est inclus dans le cœur de fibre de la fibre optique lors de sa formation pour en changer au moins une propriété, telle que la sensibilité de ladite fibre optique à la déformation. L'élément dopant, pour être qualifié en tant que tel, présente une proportion massique minoritaire du cœur de fibre optique, c'est-à-dire, inférieure à 20%.

Par mesure selon le principe d'une mesure du type Brillouin, on entend ci-dessus et dans le reste de ce document, la mesure d'au moins un paramètre concernant le spectre de rétrodiffusion Brillouin (qu'il s'agisse des fréquences Stokes ou anti-Stokes, des pics principal ou secondaires, liés aux différents modes acoustiques ayant un recouvrement non nul avec le mode optique). Ce paramètre peut être par exemple, le décalage en fréquence d'un pic principal de rétrodiffusion Brillouin par rapport à l'impulsion électromagnétique à l'origine du phénomène de rétrodiffusion Brillouin ou encore le décalage en fréquence entre deux pics principaux de rétrodiffusion Brillouin.

On entend ci-dessus et dans le reste de ce document par pic Brillouin, aussi bien un pic de rétrodiffusion Brillouin qu'un pic de gain Brillouin, le type de pic dépendant directement du type de mesures Brillouin effectuées par le dispositif lors de sa mise en œuvre que ce soit en régime spontané ou en régime stimulé.

On entend, ci-dessus et dans le reste de ce document, par ouvrage, un ensemble architectural tel qu'un barrage, un tunnel, un immeuble, un ensemble d'immeubles, ou encore un ensemble de galeries minières ou un site de stockage de produit chimiques ou radioactifs, ou encore un complexe industriel tel qu'une usine ou centrale de production d'énergie

La mesure le long de la première fibre optique peut être réalisée selon un principe de mesure du type Brillouin sélectionné parmi la mesure de réflectométrie optique Brillouin associée à une méthode de résolution spatiale par codage dans le domaine temporel, la mesure de réflectométrie optique Brillouin associée à une méthode de localisation par codage dans le domaine fréquentiel, la mesure de réflectométrie optique Brillouin dans le domaine de corrélation, la mesure optique de gain Brillouin associé à une analyse dans le domaine temporel, la mesure optique de gain Brillouin dans le domaine fréquentiel et la mesure optique de gain Brillouin par analyse dans le domaine de la corrélation.

Les mesures de réflectométrie optique Brillouin dans le domaine temporel, de réflectométrie optique Brillouin dans le domaine fréquentiel, de réflectométrie optique Brillouin dans le domaine de corrélation, optique Brillouin par analyse dans le domaine temporel, optique Brillouin dans le domaine fréquentiel et optique Brillouin par analyse dans le domaine de corrélation sont plus connues sous leur dénomination anglaise et le sigle correspondant qui sont respectivement, Brillouin Optical Time Domain Reflectometry (BOTDR), Brillouin Optical Frequency Domain Reflectometry (BOFDR), Brillouin Optical Time Domain Analysis (BOTDA), Brillouin Optical Time Frequency Domain Analysis (BOFDA) et Brillouin Optical Corrélation Domain (BOCDA). Ces mesures sont des mesures qui sont généralement mises en œuvre dans les dispositifs de mesure de température à fibre optique et/ou dans les dispositifs de mesure de déformation.

La première fibre optique peut comporter un cœur de fibre et une gaine optique, avec la proportion massique en azote dans le cœur de fibre comprise entre 0,1 % et 7%, préférentiellement comprise entre 0,5% et 5%, encore plus préférentiellement entre 0,5% et 2%.

Le dispositif peut comprendre en outre des moyens de mesure de température adaptés pour réaliser une mesure afin de déterminer la température le long d'au moins une partie d'une fibre optique.

Le système de mesure peut être configuré pour effectuer une mesure en température le long de la première fibre optique selon un principe de mesure autre qu'une mesure du type Brillouin.

De telles mesures de température autorisent la mise en place d'opérations de compensation permettant de décorréler la mesure de déformation des éventuelles variations de température le long de la première la fibre optique.

Il peut être prévu en outre une deuxième fibre optique comportant un cœur de fibre et une gaine optique, la deuxième fibre optique comportant une proportion massique en azote différente de celle de la première fibre optique, ladite proportion massique étant préférentiellement sensiblement nulle, le système de mesure étant configuré pour réaliser une mesure afin de déterminer la température le long d'au moins une partie de la deuxième fibre optique. Une telle deuxième fibre optique permet d'effectuer une mesure avec une réponse à la déformation différente de celle de la première fibre optique et offre ainsi la possibilité d'effectuer une opération de compensation pour limiter l'influence des variations de température sur la mesure de déformation.

La deuxième fibre optique peut comporter du fluor en tant qu'élément dopant de gaine optique.

Une telle deuxième fibre, présentant une bonne tenue à la radioactivité, est particulièrement adaptée pour fournir un dispositif destiné à la surveillance d'ouvrages soumis à des radiations, tels que des ouvrages de production d'énergie nucléaire ou de stockage de produits radioactifs.

La deuxième fibre optique peut être associée ou destinée à être associée à la première fibre optique en s'étendant au moins en partie le long de cette dernière.

Une telle association est particulièrement avantageuse pour faire correspondre les mesures réalisées sur la première fibre optique avec celles réalisées sur la deuxième fibre optique. Il est ainsi plus aisé de faire correspondre ces mesures pour effectuer une opération de compensation pour limiter l'influence de la température sur la mesure de déformation déterminée à partir de la première fibre optique.

Le système de mesure peut être configuré pour effectuer une première et une deuxième mesure du type Brillouin le long de respectivement la première et de la deuxième fibre optique de manière à déterminer pour chacune de ces deux fibres optiques un décalage en fréquence d'un pic Brillouin sur au moins une partie de leur longueur, le dispositif comportant un outre une unité de traitement configurée pour, à partir des décalages de fréquence de pic Brillouin mesurés, déterminer une mesure de déformation et une mesure de température décorrélées l'une de l'autre.

Un tel dispositif permet de mettre à profit la différence de sensibilité en déformation de la première et de la deuxième fibre optique pour fournir une mesure de déformation qui soit décorrélée des variations de température dans l'ouvrage.

La première et la deuxième fibre optique peuvent être reliées optiquement l'une à l'autre par une de leurs extrémités, le système de mesure étant préférentiellement configuré pour effectuer une première et une deuxième mesure du type Brillouin simultanément le long de respectivement la partie de la première fibre optique et la partie de la deuxième fibre optique.

Avec une telle configuration il est possible de connecter directement qu'une seule de la première et la deuxième fibre optique au système de mesure, la mesure le long de l'autre fibre optique non connectée directement pouvant ce faire en passant par la fibre optique connectée au système de mesure. Il est donc possible de fournir un système de mesure simplifié. De même, avec un système de mesure adapté, cette configuration de la première et de la deuxième fibre optique permet d'effectuer la mesure Brillouin le long de la première et de la deuxième fibre optique en une seule fois, ces deux mesures étant donc ainsi réalisées simultanément.

Le système de mesure peut être configuré pour réaliser le long d'au moins une partie de la deuxième fibre optique une mesure d'un autre type qu'une mesure du type Brillouin, telle qu'une mesure du type Raman, afin de déterminer la variation de température le long de cette partie de la deuxième fibre optique, et dans lequel il est en outre prévu une unité de traitement configurée pour déterminer la variation de température le long de la partie de la deuxième fibre optique et pour déterminer, de manière décorrélée de la température, la déformation le long de la partie de la première fibre optique.

La première fibre optique et la deuxième fibre optique peuvent être reliées indépendamment l'une de l'autre au système de mesure.

L'invention concerne en outre une utilisation d'une fibre optique comportant de l'azote en tant qu'élément dopant de cœur de fibre pour mesurer par une mesure du type Brillouin une déformation d'un ouvrage dans au moins une zone de cet ouvrage.

Une telle utilisation d'une fibre optique comportant de l'azote en tant qu'élément dopant de cœur de fibre permet de fournir une mesure de déformation dans un ouvrage présentant une relativement faible dépendance avec les variations de température dans ledit ouvrage sans pour autant impliquer une limitation quant à la longueur de fibre optique le long de laquelle peut être réalisée la mesure de déformation. La mesure de déformation peut être une mesure décorrélée de la température.

L'invention concerne en outre un procédé de surveillance d'au moins une zone d'un ouvrage dans laquelle est installée au moins une première fibre optique comprenant de l'azote en tant qu'élément dopant de cœur de fibre, ledit procédé comprenant les étapes suivantes de :

-réalisation d'une première mesure du type Brillouin le long d'au moins une partie de la première fibre optique,

- détermination à partir de ladite première mesure la déformation subie par ladite partie de première fibre optique,

- déduction de la déformation dans la zone de l'ouvrage surveillée à partir de la déformation de la partie de première fibre optique déterminée.

Un tel procédé de surveillance permet de fournir une mesure de déformation dans la zone de l'ouvrage avec une relativement faible dépendance avec les variation de température dans ladite zone de l'ouvrage sans présenter de limitation particulière par rapport à la longueur de fibre optique le long de laquelle la mesure de déformation peut être réalisée.

Il peut être en outre prévu une étape de réalisation d'une deuxième mesure le long d'une partie de fibre optique et une étape de détermination à partir de ladite deuxième mesure de la température le long de ladite partie de fibre optique, l'étape de détermination de la déformation à partir de la première mesure comprend au moins une opération de compensation de la température à partir de ladite température déterminée.

Une deuxième fibre optique peut être installée dans ladite zone de l'ouvrage, la deuxième fibre optique comportant un cœur de fibre dont la proportion massique en azote est différente de celle du cœur de fibre de la première fibre optique, cette proportion massique étant préférentiellement nulle, l'étape de réalisation de la deuxième mesure étant réalisée le long d'au moins une partie de la deuxième fibre optique. De telles étapes permettent de fournir une mesure de déformation particulièrement fiable puisque peu susceptible d'être affectée par d'éventuelles variations de température dans l'ouvrage.

L'étape de réalisation d'une deuxième mesure peut être une étape de réalisation d'une mesure du type Brillouin.

L'invention concerne en outre un ouvrage irradié ou susceptible de l'être, l'ouvrage comportant un dispositif de surveillance selon l'invention.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation, donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :

la figure 1 illustre un exemple d'un dispositif de surveillance selon un premier mode réalisation de l'invention,

- la figure 2 illustre le décalage en fréquence de deux pics

Brillouin en fonction de la déformation appliquée à une fibre optique comportant de l'azote en tant qu'élément dopant de cœur de fibre,

la figure 3 illustre un dispositif selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, dans lequel la première et la deuxième fibre optique sont reliées l'une à l'autre par l'une de leurs extrémités,

La figure 4 illustre un dispositif selon un troisième mode de réalisation de l'invention dans lequel la première et la deuxième fibre optique sont reliées l'une à l'autre par l'une de leurs extrémités l'autre extrémité respective de la première et la deuxième fibre optique étant chacune reliée individuellement au système de mesure,

- La figure 5 illustre un dispositif selon un quatrième mode de réalisation dans lequel chacune de la première et de la deuxième fibre optique est reliée individuellement au système de mesure et dans lequel la première et la deuxième fibre optique sont associées l'une avec l'autre. Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre.

Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.

Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent être comprises comme n'étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS

La figure 1 illustre un ouvrage 100 équipé d'un dispositif 200 de surveillance selon un premier mode de réalisation de l'invention. Ledit ouvrage peut être un ouvrage irradié ou susceptible d'être irradié.

Un tel dispositif 200 comporte :

- une première fibre optique 210 équipant une zone de l'ouvrage 100 à surveiller,

- un système de mesure 220 optique configuré pour effectuer une mesure du type Brillouin le long de la première fibre optique 210,

- une unité de traitement 230 configurée pour déterminer la déformation le long de la partie de la première fibre optique 210 à partir d'une mesure

Brillouin le long de cette même partie effectuée par le système de mesure 220.

La première fibre optique 210 est une fibre optique adaptée pour autoriser une mesure de déformation sur toute sa longueur selon le principe de la mesure Brillouin. Ainsi, la première fibre optique 210. La première fibre optique 210 est plus particulièrement destinée à être excitée au moyen d'une impulsion électromagnétique dont la longueur d'onde est comprise dans le proche infrarouge, par exemple 1,55 μιη.

La première fibre optique 210 comporte un cœur de fibre et une gaine optique, non représentés. Le cœur de fibre est principalement réalisé en silice Si0 ₂ . Le cœur de fibre de la première fibre optique 210 comporte également de l'azote N en tant qu'élément dopant de cœur de fibre. La proportion massique en azote dans le cœur de fibre de la première fibre optique 210 est comprise entre 0,1% et 7%. Avantageusement, cette proportion massique en azote dans le cœur de fibre de la première fibre optique 210 peut être comprise entre 0,5% et 5%, voire entre 0,5% et 2%.

Le cœur de fibre de la première fibre optique 210 peut comporter en outre un autre oxyde sélectionné parmi les oxydes de phosphore, les oxydes de titane, les oxydes de bore, les oxydes de fluor et les oxydes comportant au moins un élément choisi parmi les terres rares.

La première fibre optique 210, afin de permettre une compatibilité optimisée avec les systèmes optiques du commerce, peut posséder une taille de mode équivalente à une fibre optique selon la norme G652.

La première fibre optique 210 est reliée optiquement par l'une de ses extrémités au système de mesure 220. Le système de mesure 220 illustré sur la figure 1 est un système de mesure configuré pour effectuer une mesure de type Brillouin selon le principe de mesure Brillouin par réflectométrie. Le système de mesure peut être plus particulièrement configuré pour effectuer une mesure de réflectométrie de type Brillouin sélectionné parmi la mesure de réflectométrie optique Brillouin dans le domaine temporel (sigle anglais BOTDR), la mesure de réflectométrie optique Brillouin dans le domaine fréquentiel (sigle anglais BOFDR) et la mesure de réflectométrie optique Brillouin dans le domaine de corrélation (BOCDR).

Lors de l'installation du dispositif dans l'ouvrage 100, la première fibre optique 210 est installée dans l'ouvrage 100 de manière à ce qu'elle soit solidaire de ce dernier. De cette manière, les déformations de l'ouvrage sont transmises à la première fibre optique et peuvent être détectées par le dispositif. Un tel équipement solidaire de l'ouvrage par la fibre optique peut être obtenu, par exemple, pas une mise en place de la fibre optique lors de la formation de l'ouvrage par exemple en l'intégrant lors du coulage de la dalle dudit ouvrage 100.

Le système de mesure 220 comprend à cet effet :

- au moins un appareil émetteur de lumière, non illustré, tel qu'un laser, adapté pour émettre au moins un rayonnement électromagnétique, - au moins un appareil de mesure optique, non illustré, adapté pour détecter et mesurer un rayonnement électromagnétique, tel qu'un système d'analyse spectrale, un système d'analyse de gain ou un système d'analyse de pertes.

L'appareil émetteur et l'appareil de mesure sont tout deux reliés optiquement à la première fibre optique 210 de manière à autoriser la réalisation d'une mesure selon le principe de mesure Brillouin par réflectométrie.

L'appareil émetteur peut comporter au moins un laser dont la longueur d'onde peut être fixe ou accordable en fonction des possibilités et des besoins du système de mesure. L'appareil émetteur, en fonction du type de mesure Brillouin peut comporter un ou plusieurs lasers qui émettent en continu ou en puisé. Parmi ce ou ces lasers, un laser est dit principal, également dénommé pompe, et émet un rayonnement principal à une longueur d'onde principale.

La longueur d'onde d'émission principale de l'appareil émetteur peut être, par exemple, située dans le proche infrarouge, par exemple 1,55 μιη. L'appareil de mesure est configuré pour mesurer et détecter des rayonnements électromagnétiques dont la longueur d'onde est proche de celle de l'appareil émetteur.

L'appareil émetteur et l'appareil de mesure, ne présentant pas de particularité vis-à-vis des appareils mis en œuvre dans l'art antérieur, ils ne sont pas décrits plus précisément dans ce document.

L'unité de traitement 230 est configurée pour commander le système de mesure 220 de manière à effectuer la mesure du type Brillouin le long de la première fibre optique 210. L'unité de traitement 230 est également configurée pour analyser le résultat de la mesure du type Brillouin et pour déterminer à partir de cette mesure la déformation le long de la première fibre optique.

Selon une première possibilité d'un dispositif 200 selon ce premier mode de réalisation, l'ouvrage à surveiller peut présenter une température peu variable, préférentiellement homogène, voire constante. Avec une telle possibilité, la mesure de déformation étant donc peu influencée par la température et bénéficiant d'une sensibilité accrue au moyen de la première fibre optique 210, il n'est pas nécessaire que l'unité de traitement réalise une opération de compensation afin de décorréler la mesure de déformation des variations de température.

Selon une deuxième possibilité d'un dispositif 200 selon ce premier mode de réalisation, il peut être prévu le long de la première fibre optique des capteurs de température, non illustrés, pour mesurer la variation de température le long de la première fibre optique 210. Ces capteurs de températures sont en communication avec l'unité de traitement 230. De cette manière, l'unité de traitement 230, est à même, à partir des valeurs de température obtenues à partir des capteurs de température, de réaliser une opération de compensation sur la base de l'équation (1) et de fournir une mesure de déformation au moins partiellement décorrélée des variations de température dans l'ouvrage à surveiller. Selon cette deuxième possibilité, les capteurs de température forment des moyens de mesure de la température adaptés pour réaliser une mesure afin de déterminer la température le long d'au moins une partie de la première fibre optique 210.

Un tel dispositif 200 est mis en œuvre pour la surveillance d'un ouvrage ou d'une zone de cet ouvrage 100 au moyen d'un procédé de surveillance comportant les étapes suivantes :

- réalisation d'une première mesure du type Brillouin le long de la première fibre optique 210,

- détermination à partir de ladite première mesure du type Brillouin le long de la première fibre optique 210 de la déformation de ladite première fibre optique 210,

- déduction de la déformation dans la zone de l'ouvrage surveillée à partir de la déformation de la première fibre optique 210 déterminée.

La figure 2 illustre graphiquement l'apport de l'utilisation de la première fibre optique 210 dans une configuration selon ce premier mode de réalisation. Les mesures présentées sur ce graphique ont été réalisées sur une première fibre optique 210 comportant une proportion massique d'azote de 0,6% et pour deux pics Brillouin 301, 302 à 11,269 GHz et 11,188 GHz. Le graphique illustre pour ces deux pics Brillouin 301, 302 le décalage en fréquence en fonction de la déformation appliquée à la fibre optique. Comme attendu de l'équation (1), le décalage en fréquence varie pour ces deux pics Brillouin 301, 302 linéairement avec la déformation appliquée. Une régression linéaire permet de déterminer pour cette fibre que le coefficient de calibrage en déformation est d'environ 0,07 ΜΗζ/(μιη/ιη), soit le même coefficient de calibrage en déformation obtenu pour une fibre optique dont le cœur de fibre est dopé à l'aluminium avec une proportion massique de 10%. Cette valeur de coefficient de calibrage en déformation de 0,07 ΜΗζ/(μιη/ιη) représente, par rapport à une fibre classiquement mise en œuvre dans une mesure en déformation selon le principe de la mesure Brillouin une augmentation de près de 40%.

La figure 3 illustre un dispositif 200 selon un deuxième mode de réalisation de l'invention mettant en œuvre une deuxième fibre optique 240 associée à la première fibre optique 210 de manière à permettre la fourniture d'une mesure en déformation décorrélée de la température. Un dispositif 200 selon ce deuxième mode de réalisation se différencie d'un dispositif selon le premier mode de réalisation en ce qu'il comporte la deuxième fibre optique 240 et en ce que le système de mesure 220 est configuré pour réaliser une mesure le long de la deuxième fibre optique 240 pour déterminer la variation de température le long de ladite deuxième fibre optique 240.

La deuxième fibre optique 240 comporte, de même que la première fibre optique, un cœur de fibre, non représenté, et une gaine optique, également non représentée. La deuxième fibre optique 240 comporte une proportion massique d'azote en tant qu'élément dopant du cœur de fibre qui est différente de celle de la première fibre optique et qui est préférentiellement sensiblement nulle. Cette proportion massique en azote en tant qu'élément dopant du cœur de fibre de la deuxième fibre optique permet à la deuxième fibre optique de présenter un coefficient de calibrage en déformation différent de celui de la première fibre optique ce qui favorise les opérations de compensation.

En particulier, la deuxième fibre optique 240 peut comporter du fluor en tant qu'élément dopant de la gaine optique. Cette possibilité de l'invention est particulièrement avantageuse dans le cas où le dispositif équipe, ou est destiné à équiper, un ouvrage soumis à la radioactivité, tel que les ouvrages de production d'énergie nucléaire ou les ouvrage de stockage de produits ou de déchets radioactifs. En effet une telle présence de fluor dans la gaine optique permet la fourniture d'une fibre optique présentant une bonne tenue à la radioactivité.

Ainsi selon cette possibilité, la deuxième fibre optique 240 peut comporter par exemple, un cœur de fibre en silice dopé au fluor, avec une proportion massique de fluor comprise entre 0 et 1%, et une gaine fluorée avec une proportion massique de fluor supérieure à 2%, préférentiellement supérieure à 4% et pouvant aller jusqu'à 8%. Une telle deuxième fibre optique peut ainsi par exemple comporter un cœur de fibre de 5 μιη de diamètre non dopé et une gaine dopée au fluor avec une une proportion massique de 1,25% de fluor et un diamètre de 80 μιη.

La première et la deuxième fibre optique 210, 240 sont préférentiellement associées l'une avec l'autre de manière que la deuxième fibre optique 240 s'étend le long de la première fibre optique 210. Une telle association peut être fournie soit par un ou plusieurs liens physique entre la première et la deuxième fibre optique 210, 240, tel qu'une installation dans une gaine de protection commune ou des attaches permettant de solidariser la deuxième fibre optique 240 sur la première fibre optique 240, soit par une installation sur l'ouvrage des deux fibres optiques 210, 240 ensembles.

Cette association entre la première et la deuxième fibre optique 210,

240 permet d'assurer que les deux fibres optiques 210, 240 sont soumises aux mêmes contraintes environnementales en termes de déformation et de température.

La première et la deuxième fibre optique 210, 240 sont reliées l'une à l'autre par une de leurs extrémités, la première fibre optique 210 étant reliée au système de mesure 220 par son extrémité opposée à celle par laquelle elle est reliée à la deuxième fibre optique 240. L'extrémité de la deuxième fibre optique 240 qui est opposée à l'extrémité par laquelle elle est reliée à la première fibre optique 210 reste libre.

Le système de mesure 220, dans ce deuxième mode de réalisation, est similaire à celui d'un dispositif 200 selon le premier mode de réalisation. La première et la deuxième fibre optique 210, 240 étant reliées optiquement en série avec le système de mesure 220, le système de mesure peut effectuer en une seule fois une mesure du type Brillouin le long de la première et la deuxième fibre optique 210, 240.

Ainsi, le système de mesure 220 peut effectuer une première et une deuxième mesure du type Brillouin le long de respectivement la première et de la deuxième fibre optique 210, 240 et déterminer pour chacune de ces deux fibres optiques 210, 240 un décalage en fréquence Δνΐ et Δν2 d'un pic Brillouin.

L'unité de traitement 230 permet, à partir du résultat de la mesure du type Brillouin effectuée par le système de mesure 220, de déterminer une mesure de déformation le long de la première fibre optique et une mesure de température le long de la deuxième fibre optique, ces deux mesures étant décorrélées l'une de l'autre.

Pour fournir une telle décorrélation entre les mesures de déformation et de température, l'unité de traitement 230 met en œuvre l'opération de détermination et de compensation décrite ci-après.

La première et la deuxième fibre optiques comportent respectivement un premier et un deuxième coefficient de calibration en déformation CEI et C£ ₂ et respectivement une premier et un deuxième coefficient de calibration en température CTi et CT ₂ . Le système de mesure optique permet de déterminer pour chacune des fibres optiques 210 et 240 et pour un emplacement donné le long de ces deux fibres optiques 210, 240, un décalage de fréquence Brillouin respectif Δνΐ et Δν2.

Ainsi, à partir de ces valeurs et de l'équation (1) pour la première et la deuxième fibre optique, il est possible de définir un système de deux équations à deux inconnues, la déformation ε et la tem érature T, dont le déterminant est le suivant :

Les valeurs de déformation et de température peuvent donc être déterminées avec les deux équations suivantes :

Avec une première fibre optique 210 comportant de l'azote en tant que dopant de cœur de fibre avec une proportion massique dans le cœur de fibre de 0,6% et une deuxième fibre optique comportant du fluor en tant que dopant de gaine optique, les valeurs respectives sont les suivantes : CE _I = 0,07 ΜΗζ/(μιη/ιη), C£ ₂ =0,05 ΜΗζ/(μιη/ιη), CTi=l,l MHZ/°C, CT ₂ =1,2 MHz/°C.

Pour une résolution spectrale du système de mesure 220 de 0,1 MHz, une telle opération de détermination et de compensation permet, avec ce même couple de première et deuxième fibres optiques d'obtenir respectivement une mesure en température avec une résolution d'environ 0,6°C et une mesure de déformation d'environ 11 μιη/ιη.

Le procédé mis en œuvre par l'unité de traitement afin de déterminer la température et la déformation à partir de la mesure de type Brillouin effectuer par le système de mesure 220 comporte les étapes suivantes de :

- détermination à partir de la mesure du type Brillouin le long de la première et de la deuxième fibre optique respectivement la variation de déformation et de température au moyen des équations (3) et (4) de manière à effectuer une opération de détermination et de compensation,

- déduction de la déformation dans l'ouvrage 100 à surveiller à partir de la déformation déterminée le long de la première fibre optique 210.

Ainsi un procédé de surveillance d'un ouvrage selon ce deuxième mode de réalisation se différencie du procédé mis en œuvre selon le premier mode de réalisation en ce que l'étape de détermination de la déformation le long de la première fibre optique 210 comprend les sous-étapes de :

- détermination de la température le long de la deuxième fibre optique 240, la température déterminée étant décorrélée de la déformation de la deuxième fibre optique 240,

- détermination de la déformation le long de la première fibre optique 210, la déformation déterminée étant décorrélée de la variation de température le long de la première fibre optique 210. Dans ce deuxième mode de réalisation, le système de mesure et l'unité de traitement forment des moyens de mesure de température adaptés pour réaliser une mesure afin de déterminer la température le long d'au moins une partie de la deuxième fibre optique 240.

La figure 4 illustre un dispositif 200 selon un troisième mode de réalisation de l'invention dans lequel la première et la deuxième fibre optique 210, 240 sont optiquement connectées en série l'une avec l'autre et relié au système de mesure 220 selon une configuration de mesure de gain Brillouin. Un dispositif selon ce troisième mode de réalisation se différencie d'un dispositif selon le deuxième mode de réalisation en ce que le système de mesure 220 est configuré pour effectuer une mesure de gain du type Brillouin et en ce que l'extrémité de la deuxième fibre optique 240 qui n'est pas reliée à la première fibre optique est connectée au système de mesure 220 pour permettre une mesure de gain Brillouin.

Dans ce deuxième mode de réalisation, le système de mesure 220 est configuré pour effectuer une mesure du type Brillouin par analyse dans le domaine temporel, fréquentiel ou de la corrélation le long de la première et de la deuxième fibre optique.

Une telle configuration est adaptée pour l'utilisation d'un système de mesure 220 configuré pour effectuer la mesure de déformation selon le principe de mesure du type Brillouin qui est une mesure optique Brillouin par analyse dans le domaine temporel (BOTDA), une mesure optique Brillouin dans le domaine fréquentiel (BOFDA) ou une mesure optique Brillouin par analyse dans le domaine de la corrélation (BOCDA).

L'unité de traitement présente un principe de mesure similaire à celui du deuxième mode de réalisation. De même le procédé de surveillance selon ce troisième mode de réalisation est sensiblement similaire à celui du deuxième mode de réalisation.

La figure 5 illustre un dispositif 200 selon un quatrième mode de réalisation dans lequel le système de mesure 220 est configuré pour réaliser indépendamment une mesure du type Brillouin par rétrodiffusion le long de la première et le long de la deuxième fibre optique 210, 240. Un dispositif selon ce quatrième mode de réalisation se différencie du deuxième mode de réalisation en ce que la première et la deuxième fibre optique 210, 240 sont reliées indépendamment l'une de l'autre au système de mesure 220 et en ce que le système de mesure 220 est configuré pour réaliser une mesure le long de la première et de la deuxième fibre optique 210, 240.

Le système de mesure 220 présente une configuration sensiblement identique à celui d'un dispositif 100 selon le premier mode de réalisation si ce n'est qu'il comporte un système de routage optique permettant de faire la mesure de type Brillouin soit le long de la première fibre optique 210 soit le long de la deuxième fibre optique 240.

Ainsi dans ce quatrième mode de réalisation, les mesures de type Brillouin le long de la première et la deuxième fibre optique 210, 240 sont séquentielles et non réalisées simultanément comme cela est le cas pour un dispositif 200 selon le deuxième et le troisième mode de réalisation.

Il est bien entendu également envisageable dans un dispositif 200 selon ce quatrième mode de réalisation, sans que l'on sorte du cadre de l'invention, que le système de mesure 220 soit double, c'est-à-dire qu'il comporte deux sous-parties de mesure indépendantes chacune dédiée à l'une des fibres optiques parmi la première et la deuxième fibre otique 210, 240. Avec cette configuration plus coûteuse du système de mesure 220, les mesures du type Brillouin le long de la première et de la deuxième fibre optique 210, 240 peuvent être sensiblement simultanées et n'ont donc pas besoin d'être séquentielles.

Selon une variante de cette possibilité du quatrième mode de réalisation, la sous-partie du système de mesure 220 dédiée à la mesure le long de la deuxième fibre optique 240 peut être configurée pour effectuer une mesure selon un autre principe que la mesure du type Brillouin afin de déterminer la température le long de la deuxième fibre optique 240. Ainsi par exemple, cette sous-partie du système de mesure 220 peut être configurée pour effectuer une mesure du type Raman pour déterminer la température le long de la deuxième fibre optique. Cette même sous-partie du système de mesure peut également faire une mesure de fréquence de Bragg le long de la deuxième fibre optique, la deuxième fibre optique 240 comportant des réseaux de Bragg inscrits de manière à autoriser la détermination de température à partir des mesures effectuées par une telle sous-partie du système de mesure 220. Selon une autre possibilité de l'invention, cette sous-partie du système de mesure 220 peut être configurée pour effectuer une mesure du type Rayleigh, par exemple dans le domaine de la corrélation spectrale, pour déterminer la température le long de la deuxième fibre optique 240.

Bien entendu, selon cette possibilité et ces variantes décrites ci-dessus, la détermination de la déformation le long de la première fibre optique 210 est obtenue au moyen de l'équation (1) et non de l'équation (3), l'opération de compensation se faisant sur la base du coefficient de calibrage en température de la première fibre optique 210.

Les configurations de dispositif 200 décrites pour le deuxième et troisième mode de réalisation sont particulièrement adaptées pour une mesure du type Brillouin réalisée simultanément le long de la première et de la deuxième fibre optique 210, 240. Il est néanmoins également envisageable dans ces deux modes de réalisation, sans que l'on sorte du cadre de l'invention, que le système de mesure soit configuré pour effectuer une mesure de type Brillouin le long de la première fibre optique 210 et pour effectuer une mesure d'un autre type que du celui du type Brillouin, la mesure se faisant alors par un passage du rayonnement électromagnétique par la première fibre optique 210.

Selon un cinquième mode de réalisation de l'invention, non illustré, la première et la deuxième fibre optique 210, 240 peuvent être toutes deux reliées au système de mesure 220 parallèlement selon une configuration de gain Brillouin.

Un dispositif 200 selon ce cinquième mode de réalisation se différencie d'un dispositif 200 selon le troisième mode de réalisation en ce que la première et la deuxième fibre optique 210, 240 sont toutes deux reliées au système de mesure 220 par leurs deux extrémités ceci parallèlement l'une à l'autre et en ce que le système de mesure 220 présente une adaptation similaire à celle mise en œuvre dans le quatrième mode de réalisation pour autoriser une mesure le long de la première et de la deuxième fibre optique 210, 240. Ainsi, comme cela est le cas dans le cinquième mode de réalisation, un système de mesure 220 selon ce cinquième mode de réalisation peut :

- soit comporter un système de routage optique permettant de faire la mesure de type Brillouin soit le long de la première fibre optique 210 soit le long de la deuxième fibre optique 240,

- soit être double, c'est-à-dire qu'il comporte deux sous-parties de mesure indépendantes chacune dédiée à l'une des fibres optiques parmi la première et la deuxième fibre otique 210, 240.

La mise en œuvre d'un dispositif 200 selon ce cinquième mode de réalisation reste similaire à celles décrites pour les autres modes de réalisation.

Si dans l'ensemble des modes de réalisation décrits ci-dessus, le système de mesure est configuré pour réaliser la mesure le long de la première fibre optique, il est également possible sans que l'on sorte du cadre de l'invention, que le système de mesure soit configuré pou réaliser la mesure le long seulement une partie de la première fibre optique, le reste de la fibre optique pouvant être dédié à un autre type de mesure.

Références des documents cités :

[1] P.Dragic et al. 12 août 2012, Nature photonics Vol. 6 pp.627-633 [2] A. Faustov et al., 07 août 2013, Nuclear Science, IEEE Transactions on 2511 - 2517