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Metrologie répartie haute cadence et haute capacité par réseaux de Bragg pour les applications de surveillance structurelle (SHM)

Défis technologiques Optique - Optique laser - Optique appliquée Sciences pour l’ingénieur Usine du futur dont robotique et contrôle non destructif

Résumé du sujet

En complément des techniques de contrôle périodique non destructif, la surveillance de santé des structures (Structural Health Monitoring – SHM) fait intervenir des systèmes de mesures in situ par fibres optiques et réseaux de Bragg (RdB) et des algorithmes d’évaluation fonctionnelle. Les RdB délivrent des mesures in-situ de déformation et de température et renseignent sur l’état de déformation interne d’une structure consécutif à la fatigue ou à des impacts. Ils sont également utilisés comme détecteurs acoustiques, en remplacement des céramiques piézoélectriques. La surveillance de structures étendues ou les analyses acoustiques par tomographies active ou passive nécessitent simultanément une capacité de mesure et une cadence d’acquisition élevée. Or les unités de lecture RdB commerciales sont essentiellement basées sur des techniques de multiplexage spectral (Wavelength-Division Multiplexing, WDM) ou sur la réflectométrie fréquentielle (Optical Frequency-Domain Reflectometry, OFDR). Les unités WDM sont limitées en capacité (typiquement quelques dizaines de points de mesure) mais peuvent présenter des cadences supérieures au MHz compatibles avec une analyse acoustique. A contrario, les unités OFDR peuvent gérer plusieurs milliers de points de mesure mais à des cadences réduites (inférieures à la centaine de Hz). La spectrométrie Bragg dispersive (DBS) est une technique innovante susceptible de lever ces limitations et d’aboutir simultanément à une cadence et une capacité de mesure élevées, ouvrant ainsi la voie à une reconstruction tomographique performante. Le principe consiste à utiliser un laser impulsionnel, un milieu fortement dispersif, un détecteur large bande et un oscilloscope à grande bande passante (HDO) et transformer un décalage de longueur d’onde de Bragg et un retard temporel. Différents modes d’application de cette technique seront évalués durant ce travail de thèse, avec des lignes de RdB multiples (e.g. DTG) ou des réseaux à périodes variables. La technique DBS sera préalablement évaluée au laboratoire (LSPM) avec des céramiques piézoélectriques, voire par la technique laser ultrasonique (avec CNRS/PIMM). Puis, elle sera testée sur différents démonstrateurs offerts par les partenaires institutionnels et industriels du réseau doctoral MSCA USES 2 : structure de génie civil (BAM [Berlin, Allemagne]), réservoir d’hydrogène en composite (Faber [Cividale del Friuli, Italie], CEA DAM [Le Ripault]) et conduite métallique de transport de fluides (ENI [Milano, Italie]). Le doctorant se déplacera sur ces différents sites d’essais (période de 2 mois chacune), y implémentera la technique DBS et procédera au retour d’expérience de terrain.

Laboratoire

Département d’Instrumentation Numérique
Service Monitoring, Contrôle et Diagnostic
Laboratoire Systèmes et Photonique pour le Monitoring
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