De nouveaux capteurs pour conditions extrêmes

Le Professeur Julian Jones et son équipe de l’Université Heriot-Watt ont développé de nouveaux types de capteurs qui peuvent résister à des niveaux de pression et de température très élevés. Ces trois nouveaux types de capteurs utilisent des fibres optiques qui répondent aux changements environnants. Ils peuvent tester des ondes de chocs causées par de grandes quantités d’explosifs, contrôler la structure et la sécurité de tunnels, ponts et bâtiments ou encore examiner les déformations dans les pièces de sécurité aéronautiques.
La plupart des capteurs modernes utilisent le fait que la température, la pression et les contraintes affectent leur comportement électrique. Un ordinateur mesure ces changements et en produit une lecture numérique. Cependant, ces capteurs ne sont pas commodes d’usage ou fiables et sont même dangereux d’emploi s’ils sont utilisés dans de mauvaises conditions. Par exemple, ils ne sont pas sûrs dans un environnement explosif et sont sujets à des interférences dans des champs électromagnétiques forts (par exemple dans les centrales électriques ou pour l’imagerie à résonance magnétique). La fibre optique qui utilise la lumière plutôt que l’électricité est donc intéressante et commence à être utilisée dans des conditions où les capteurs électroniques sont inefficaces. Ces capteurs utilisent une technologie similaire à celle des fibres optiques pour les systèmes de communication. Ils sont constitués des deux fibres, une permettant la mesure et l’autre la référence. Les deux faisceaux de lumière voyagent le long des fibre, subissent une réflexion à l’extrémité des fibres puis font le voyage retour où ils émergent ensemble. Ceci produit un phénomène d’interférence optique avec apparition de franges. L’allure des franges d’interférences permet de déterminer la variation de longueurs parcourues par les deux faisceaux. Ce type de fibres optiques a été utilisé pour contrôler les déformations d’ailes d’avion et détecter les mouvements dans des ouvrages de grandes dimensions tels que ponts et barrages. Le Pr Jones décrit l’utilisation de fibres plus élaborées qui promettent un nouveau spectre d’applications. Le premier type de fibre est composé de plusieurs cœurs, zone centrale de la fibre optique dans laquelle se propage la plus grande partie du flux énergétique. La comparaison des réponses données par les cœurs de fibres adjacentes permet de mesurer comment une structure s’allonge sur de petites surfaces. Une telle mesure aurait nécessité une centaine, voire un millier de capteurs électriques. Ce nouveau type de capteur est d’ores et déjà en développement en collaboration avec la NASA pour contrôler les déformations d’ailes d’avions ou de tunnels. Le deuxième type de capteur implique l’utilisation de fibres faites de plastique. La fibre de verre a ses limites et des jauges optiques de déformations pourraient être utilisées dans un plus grand nombre d’applications si les fibres étaient plus résilientes. Les plastiques et les matériaux composites ont d’excellentes propriétés, telles qu’un poids minimal, mais doivent être contrôlés lorsqu’ils sont sujets à des contraintes extrêmes. Pour cette application les fibres plastiques sont particulièrement adaptées puisqu’on peut aujourd’hui les fabriquer assez fines pour que le principe d’interférométrie soit applicable. Le troisième type de capteur est fondé sur le principe des deux fibres optiques énoncé précédemment, similaires à celles utilisées pour les télécommunications, 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 centième de millimètre de diamètre au bout de la fibre et ensuite le couvrir avec une membrane extrêmement légère. Ces micro-capteurs sont aujourd’hui parmi les capteurs de pression ayant un temps de réponse minimal ; ils sont si résistants qu’ils sont utilisés pour des expérimentations sur des ondes de chocs. Le Pr Jones croit en l’avenir et au développement de ces trois types de capteurs à fibres optiques avec des nouvelles applications pour des centrales énergétiques, des systèmes de guidage ou encore en médecine et en sécurité alimentaire.
Source : The Engineer, press release, 13/04/05, www.e4engineering.com