Brevet FR3016972A1 — publié le 20150731

L'invention concerne le domaine technique du recouvrement des capacités de transmission d'une liaison fibrée soumise à des radiations ionisantes ou non ionisantes. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le cas de tout type de liaisons fibrées et capteurs à fibres optiques susceptibles d'opérer en environnement radiatif. Ce type de liaisons se trouve par exemple dans les domaines du nucléaire militaire, nucléaire civil (centrales nucléaires, stockage des déchets nucléaires, installations de médecine...), de la fusion par confinement magnétique ou inertiel, du spatial ... Selon l'état de la technique, différentes solutions ont été proposées pour résoudre le problème posé du recouvrement des capacités de transmission des liaisons à fibres optiques altérées lors de leur exposition à des radiations ionisantes ou non ionisantes. En effet, ces capacités sont dégradées à cause du phénomène d'atténuation induite par irradiation relatif à la génération de défauts ponctuels dans la silice pure ou dopée constituant les fibres. Une solution consiste à utiliser certaines structures spécifiques de fibres optiques qui sont tolérantes aux environnements associés aux applications envisagées grâce à des compositions optimisées. Selon cette solution l'atteinte d'une bonne tenue à un environnement radiatif peut limiter la panoplie de fibres optiques accessibles et par conséquent réduire les performances envisageables pour l'application en termes d'atténuation linéique, ou de dispersion chromatique ou encore de sensibilité à des facteurs externes pour un capteur. - 2 - Une autre solution consiste à pré-traiter ou à post-traiter des fibres optiques afin de diminuer leur dégradation sous irradiation ou de recouvrir leurs performances après la fin de l'irradiation. Selon cette solution, les traitements appliqués ont une efficacité qui va dépendre de la durée de vie et du profil d'emploi de l'installation. La diversité des applications et des environnements radiatifs d'intérêt rend donc très aléatoire l'efficacité et l'applicabilité de ces traitements. De plus, ces traitements peuvent également affecter de manière inacceptable les performances optiques des fibres optiques. C'est le cas notamment des pré-traitements tels qu'une pré- irradiation ou un chargement en hydrogène ou en deuterium de la fibre optique. En ce qui concerne les post-traitements, le recuit de la fibre optique nécessite, soit de désinstaller la fibre optique, de la traiter thermiquement puis de la réinstaller, soit de pouvoir appliquer le traitement thermique tout au long du chemin de câble ce qui est excessivement lourd pour la plupart des installations et applications visées. On connait également une autre solution selon laquelle on remplace les fibres optiques lorsqu'elles présentent des capacités de transmission inacceptables. Un tel remplacement n'est pas toujours possible après installation de la fibre optique, en considérant les contraintes telles que l'accessibilité à la liaison, les contraintes de radioprotection ou les coûts associés. L'invention s'est fixée pour but de remédier à ces inconvénients d'une manière simple, sûre, efficace et rationnelle. Le problème que se propose de résoudre l'invention est d'assurer le recouvrement des capacités de transmission des liaisons à fibres optiques susceptibles d'être altérées lors de leur exposition à des radiations - 3 - ionisantes ou non ionisantes à partir du moment où l'une des extrémités au moins de la liaison optique ou du capteur à fibres optiques, est accessible. Pour résoudre un tel problème il a été conçu et mis au point un dispositif de recouvrement des capacités de transmission d'une liaison fibrée soumise à des radiations ionisantes ou non ionisantes comprenant, en combinaison, au moins une fibre optique microstructurée avec des trous d'air parallèles à l'axe de propagation dans ladite fibre et au moins un ensemble de traitement déporté accouplé à l'une des extrémité accessibles de la fibre et apte à injecter un gaz au travers de trous de ladite fibre afin de passiver les défauts induits par radiation. On rappelle que ce type de fibres micro-structurées avec des trous d'air parallèles à l'axe de propagation est parfaitement connu pour un homme du métier. Ces fibres à cristaux photoniques sont une classe de fibres optiques constituées d'un arrangement de trous d'air parallèles à l'axe de propagation dans une matrice de silice. Dans le cas de l'invention, les trous ne remplissent pas obligatoirement une fonction de guidage de la lumière comme pour les fibres micro-structurées de l'état de l'art mais participent directement à l'applicabilité du recouvrement de la transmission durant ou après une irradiation. Ce type de fibres optiques permet de contourner la dispersion chromatique en variant le diamètre des trous et leur espacement. Il résulte des caractéristiques à la base de l'invention, que tous les types de fibres optiques peuvent être utilisés dans le cadre d'installations associées à de forts niveaux d'irradiation. On atteint de manière significative les possibilités d'intégration de liaison des capteurs à fibres optiques de performance optimale. Le dispositif selon l'invention peut, par - 4 - ailleurs, être appliqué à n'importe quel moment tout au long de la durée de vie de la liaison du capteur optique et son efficacité ne dépend pas de l'âge de la liaison fibrée comme c'est le cas selon l'état de la technique. La solution revendiquée évite de remplacer la fibre optique utilisée Enfin, on observe également la possibilité d'ajuster le traitement afin d'optimiser, dans les meilleurs conditions, son influence positive sur les pertes induites par leur radiation sans altérer les performances optiques, ce qui est le cas selon les solutions de l'état de la technique. Selon une autre caractéristique pour résoudre le problème posé de traiter à distance et tout au long de la fibre optique les dommages en terme de pertes induites, l'ensemble de traitement déporté comprend un réacteur (enceinte ou réservoir) de chargement en gaz et un moyen de liaison entre ledit réacteur et la fibre optique pour permettre le transfert du gaz au travers des trous de ladite fibre. Selon une autre caractéristique, le réacteur présente des moyens aptes à ajuster la nature et/ou la quantité et/ou la durée d'injection du gaz. Pour résoudre le problème posé de passiver efficacement les défauts induits par irradiation et diminuer les pertes optiques dues à de telles radiations, les gaz possibles peuvent être soit, de l'hydrogène, soit du deutérium, sans pour cela exclure d'autres gaz aptes à remplir les mêmes fonctions en vue des mêmes résultats. Un autre problème que se propose de résoudre l'invention est de pouvoir suivre en temps réel les cinétiques de traitement en vue d'optimiser la durée et les conditions d'injection du gaz pour toutes les fibres optiques et leur profil d'emploi, de minimiser la durée de la maintenance permettant - 5 - de recouvrer la transmission dans la liaison fibrée du capteur à fibres optiques. Pour résoudre un tel problème l'autre extrémité de la fibre 5 considérée à l'opposé de l'extrémité de connexion avec l'ensemble de traitement est reliée à des outils de réflectométrie optique permettant de suivre en temps réel et avec une précision pouvant aller à quelques millimètres le recouvrement de la transmission le long de la liaison fibrée. Cette solution pourra être remplacée au cas où la seconde extrémité 10 n'est pas accessible par un coupleur en X ou Y dont un bras est équipé de trous de chargement en gaz. L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide des figures des dessins annexés dans lesquels : 15 la figure 1 est une vue en coupe transversale à caractère schématique d'un exemple donné à titre indicatif non limitatif, d'une fibre optique micro-structurée avec des trous d'air parallèles à l'axe de propagation, 20 la figure 2 est un schéma de principe du dispositif de recouvrement selon l'invention. Comme indiqué le dispositif de recouvrement met en oeuvre au moins une fibre optique (1) contenant dans sa gaine optique (la) des trous 25 d'air (lb) s'étendant parallèlement à l'axe de propagation (1c) du ou des mode(s) guidé(s). Ce type de gaine (1) est parfaitement connu pour un homme du métier et peut présenter différentes formes de réalisation. Le nombre et la forme des trous (lb) peuvent être quelconques. Ce type de fibres optiques à trous peut être monomode ou multimode et comprendre, 30 par exemple, les fibres microstructurées à coeur plein en silice pure ou - 6 - dopée, les fibres à coeur creux ou des fibres présentant des trous incorporés entre les phases de réalisation de la préforme et son étirage sous forme de fibres optiques. De même la fibre optique peut présenter tout type de revêtement eu égard à la technique et au durcissement proposés pour lesquels on peut citer, à titre indicatif non limitatif, les revêtements en acrylate, en polyamide, métallique, ... La longueur de la fibre (1) est quelconque et n'est pas limitée et peut suivre tout type de cheminement linéaire ou non afin d'être parfaitement intégrée à l'installation considérée. Selon l'invention, la fibre optique (1) telle que définie en vue d'être traitée suite à une dégradation de ses propriétés optiques résultant notamment des radiations est connectée à au moins l'une de ses extrémités accessibles à un ensemble de traitement déporté (E) conformé pour injecter un gaz au travers des trous (lb) de la fibre (1) afin de passiver les défauts induits par irradiation. Cet ensemble de traitement (E) comprend un réacteur, enceinte ou réservoir (2) de chargement en gaz et un moyen de liaison (3) entre ledit réacteur (2) et la fibre optique (1) pour permettre le transfert du gaz au travers des trous (lb) de ladite fibre (1). Il résulte de ces caractéristiques que le gaz va naturellement migrer dans les trous (lb) et sa concentration s'équilibrer tout au long de la fibre optique (1), la teneur des trous en gaz étant ajustée grâce aux paramètres de chargement du réacteur (2) (pression, ...). En considérant la proximité entre les trous et la zone de propagation de la lumière dans la section transverse de la fibre optique, le gaz va rapidement migrer dans cette zone de propagation de la lumière et venir passiver les défauts induits par irradiation et responsables de la dégradation de la fibre optique (1). Très rapidement, l'action du gaz va résulter en la récupération de la transmission de la totalité ou quasi-totalité de la capacité de transmission de la longueur de la liaison ou du capteur à fibre optique. - 7 - La nature du gaz, la quantité de gaz et la durée de l'injection peuvent être ajustées grâce au réacteur (2). Parmi les gaz connus pour passiver efficacement les défauts induits 5 par irradiation et ainsi diminuer les pertes optiques dues aux radiations, on peut citer l'hydrogène, le deutérium, sans pour cela exclure tout autre gaz en fonction des spécificités de la fibre déployée au sein de l'irradiation. De la même façon, la teneur en gaz dans les trous (lb) de la fibre (1), et par conséquent dans le coeur de la fibre, peut être ajustée en faisant varier la 10 pression à l'intérieur du réacteur (2) et la durée du traitement. A noter également qu'après recouvrement des propriétés de transmission pré-irradiation, la fibre optique (1) peut être dégazée rapidement en laissant les trous (lb) à l'air. Ceci permet d'éliminer 15 rapidement le gaz moléculaire présent dans la fibre. Ce résidu de gaz peut, pour certaines applications, diminuer les performances de la liaison optique ou du capteur. Le dispositif selon l'invention permet au contraire d'un chargement définitif, d'éviter ce type de problème. 20 Selon une autre caractéristique, dans une forme de réalisation, pour permettre d'optimiser la durée des conditions d'injection du gaz pour toutes les fibres optiques en fonction de leur application avec, pour objectif, de minimiser la durée de la maintenance afin de recouvrer la transmission de la liaison considérée, l'autre extrémité de la fibre optique (1) considérée à 25 l'opposé de l'extrémité de connexion avec l'ensemble du traitement (E) peut être reliée à des outils de réflectométrie. Ces dispositions permettent de suivre en temps réel le résultat du traitement sur la transmission de la liaison fibrée ou du capteur, à la longueur d'ondes de l'application. Dans le cas où la seconde extrémité n'est pas accessible, un coupleur en. X ou Y dont un bras est équipé de trous de chargement en gaz permettra le suivi de l'opération de passivation des défauts induits par les radiations. Plus particulièrement, dans une forme de réalisation, l'extrémité d'injection du gaz est équipée d'un coupleur, dont l'un des bras que compren.d des trous pour le passage des gaz, est relié à des outils de réflectométrie. Dans un.e autre forme de réalisation, l'extrémité d'injection du gaz est équipée d'un coupleur, dont l'un des bras comprend des trous pour le passage des gaz, tandis que l'autre extrémité, si elle accessible, permet d'effectuer des mesures d'absorption, de transmission ou d'atténuation spectrale. Les avantages ressortent bien de la description, en particulier, on souligne et on rappelle, que le dispositif permet une récupération de la transmission de la fibre sans remplacement ou intervention sur le site pouvant être irradiant, ce qui assure une grande flexibilité pour une maintenance avec une diminution significative des coûts. L'invention peut être intégrée dans les futurs grands instruments de physique ou tout type d'installation nucléaire. REVENDICATIONS1. Dispositif de recouvrement des capacités de transmission d'une liaison fibrée soumise à des radiations ionisantes ou non ionisantes caractérisé en ce qu'il comprend, en combinaison, au moins une fibre optique (1) microstructurée avec des trous d'air (lb) parallèles à l'axe de propagation dans ladite fibre (1) et au moins un ensemble de traitement déporté (E) accouplé à l'une des extrémité accessibles de la fibre (1) et apte à injecter un gaz au travers des trous (lb) de ladite fibre (1) afin de passiver les défauts induits par radiation. -2- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble de traitement déporté (E) comprend un réacteur, enceinte ou réservoir de chargement en gaz (2) et un moyen de liaison (3) entre ledit réacteur, enceinte ou réservoir (2) et la fibre optique (1) pour permettre le transfert du gaz au travers des trous (lb) de ladite fibre (1). -3- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le réacteur enceinte ou réservoir (2) présente des moyens aptes à ajuster la nature et/ou 20 la quantité et/ou la durée d'injection du gaz. -4- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz est de l'hydrogène. 25 -5- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz est du deutérium. -6- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'autre extrémité de la fibre (1) considérée à l'opposé de- 10 - l'extrémité de connexion avec l'ensemble de traitement (E) est reliée à des outils de réflectométrie. -7- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé 5 en ce que l'extrémité d'injection du gaz est équipée d'un coupleur, dont l'un des bras que comprend des trous pour le passage des gaz, est relié à des outils de réflectométrie. -8- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé 10 en ce que l'extrémité d'injection du gaz est équipée d'un coupleur, dont l'un des bras comprend des trous pour le passage des gaz, tandis que l'autre extrémité, si elle accessible, permet d'effectuer des mesures d'absorption, de transmission ou d'atténuation spectrale.