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EPFL: la fibre optique qui "sent" la matière qui l'entoure
31.07.2018
Des chercheurs de l'EPFL ont mis au point une fibre optique capable de détecter la nature des matériaux ou des liquides en contact avec elle. Cette étude est publiée dans la revue Nature communications.
Ces dernières années, des fibres optiques ont fait office de capteurs pour détecter d'une part, tels des thermomètres, les variations de température et, d'autre part, les contraintes, tels des nerfs artificiels. La technique est notamment utilisée dans les ponts ou les gazoducs.
Le Groupe Fibre Optique (GFO), dirigé par Luc Thévenaz à l'Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), a maintenant mis au point une méthode pour identifier le type de matière - solide ou liquide - avec laquelle la fibre optique est en contact.
Quatre paramètres
De la taille d'un cheveu, la fibre optique en verre transmet en son sein de la lumière selon quatre paramètres définis: intensité, phase, polarisation et fréquence. Ceux-ci sont modifiés lors d'un étirement ou lors d'un changement de température.
La fibre agit ainsi comme capteur pour repérer les fissures dans les ouvrages ou les températures anormales. Quant à ce qui se passe autour de la fibre, il n'était jusqu'ici pas possible d'y accéder sans extraire la lumière de la fibre et la perturber totalement.
Une empreinte à lire
La méthode de l'EPFL consiste à générer une onde acoustique directement à l'intérieur de la fibre. L'onde, qui fait partie de la gamme des hyperfréquences, ricoche régulièrement sur les parois de la fibre, et cet écho est modifié localement selon le matériau en contact direct avec celle-ci.
Il suffit de lire l'empreinte laissée par ces échos sur la lumière à sa sortie pour faire une cartographie de l'environnement de la fibre. Cette empreinte est si faible qu'elle ne perturbe pratiquement pas la lumière qui se propage à l'intérieur.
On pourrait donc imaginer transmettre de l'information sous forme de lumière dans la fibre et en même temps détecter ce qui se passe autour d'elle.
Détection spatiale et temporelle
Les chercheurs ont déjà trempé leurs fibres dans de l'eau, puis de l'alcool. Ils l'ont ensuite laissée à l'air libre. A chaque fois, leur système a pu identifier les changements d'éléments correctement.
"Grâce à notre technique, nous pourrions déceler les intrusions d'eau, la densité ou la salinité des fluides en contact avec la fibre. Les applications sont multiples", illustre Luc Thévenaz, cité mardi dans un communiqué de l'EPFL.
Les changements dans l'environnement sont localisés grâce à une méthode temporelle simple. "Chaque pulsion d'onde est générée avec un léger décalage temporel. Ce décalage est reflété à l'arrivée. S'il y a eu des perturbations en cours de route, nous sommes capables de les voir, mais aussi de les localiser", explique le Pr Thévenaz.
"Pour l'instant, nous avons obtenu une précision de l'ordre de dix mètres, mais nous avons les moyens techniques de faire de la détection sur un mètre", ajoute le spécialiste.
A la base, l'idée d'utiliser ainsi une onde acoustique dans les fibres optiques avait été émise par des chercheurs partenaires de l'Université Bar-Ilan, en Israël. Des recherches communes devraient être menées dans le futur.
ats