Les fibres optiques sont capables de détecter avec quel type de matériau ou de liquide elles sont entrées en contact. Crédit :EPFL / Desmond Chow
Ces dernières années, les fibres optiques ont servi de capteurs pour détecter les changements de température, comme un thermomètre, et la pression, comme un nerf artificiel. Cette technique est particulièrement utile dans les structures telles que les ponts et les gazoducs.
Des chercheurs de l'EPFL ont mis au point une nouvelle méthode qui permet aux fibres optiques d'identifier si elles sont en contact avec un liquide ou un solide. Ceci est réalisé en générant simplement une onde sonore à l'aide d'un faisceau lumineux à l'intérieur de la fibre. L'étude a été menée par le Groupement pour la Fibre Optique (GFO) dirigé par Luc Thévenaz au sein de l'École d'Ingénieurs et a été publiée dans Communication Nature .
Un capteur qui ne perturbe pas la lumière
Pas plus large qu'une mèche de cheveux, une fibre optique en verre transmet une lumière qui varie selon quatre paramètres :intensité, phase, polarisation et longueur d'onde. Ces paramètres sont modifiés lorsque la fibre est étirée ou que la température change, permettant à la fibre d'agir comme un capteur en détectant des fissures dans les structures ou des températures anormales. Mais jusqu'à présent, il n'était pas possible de déterminer ce qui se passait autour de la fibre sans que la lumière s'échappe de la fibre, qui perturbe son chemin.
La méthode développée à l'EPFL utilise une onde sonore générée à l'intérieur de la fibre. C'est une onde hyperfréquence qui rebondit régulièrement sur les parois de la fibre. Cet écho varie à différents endroits en fonction du matériau avec lequel l'onde entre en contact. Les échos laissent une empreinte sur la lumière qui peut être lue lorsque le faisceau sort de la fibre, permettant de cartographier l'environnement de la fibre. Cette empreinte est si faible qu'elle perturbe à peine la lumière se propageant à l'intérieur de la fibre. La méthode pourrait être utilisée pour détecter ce qui se passe autour d'une fibre et envoyer des informations basées sur la lumière en même temps.
Desmond Chow au labo. Crédit :Alain Herzog / EPFL
Les chercheurs ont déjà immergé leurs fibres dans l'eau puis dans l'alcool, avant de les laisser à l'air libre. Chaque fois, leur système était capable d'identifier correctement le changement dans l'environnement. "Notre technique va permettre de détecter les fuites d'eau, ainsi que la densité et la salinité des fluides qui entrent en contact avec la fibre. Il existe de nombreuses applications potentielles, " dit Thévenaz.
Détection spatiale et temporelle
Ces changements dans l'environnement sont localisés grâce à une méthode simple basée sur le temps. "Chaque impulsion d'onde est générée avec un léger décalage. Et ce retard se reflète à l'arrivée du faisceau. S'il y avait des perturbations en cours de route, nous pouvons à la fois voir ce qu'ils étaient et déterminer leur emplacement, " explique Thévenaz. " Pour le moment, nous pouvons localiser les perturbations à une dizaine de mètres près, mais nous avons les moyens techniques d'augmenter notre précision à un mètre."
L'idée d'utiliser une onde sonore dans les fibres optiques est initialement venue des chercheurs partenaires de l'équipe à l'Université Bar-Ilan en Israël. Des projets de recherche conjoints devraient suivre.
