Lieu de travail : Saint Étienne (42)- France ; Université Jean Monnet - UJM (Laboratoire Hubert Curien) - Déplacement au sein de l’entreprise AVNIR Energy à Villeurbanne (69) – France ; Campus de la Doua

Champs scientifiques : physique ; optique & photonique ; capteurs optiques, mécanique, acoustique, vibrations, contrôle de santé des structures

Formation souhaitée : Physique, Optique-Photonique, Sciences des Matériaux

Encadrement : Pr. Emmanuel Marin (UJM) et Dr. Thomas Le Gall (AVNIR Energy)

Rémunération : environ 1 800 € net / mois

Description du sujet

Contexte - Au sein de diverses filières, et notamment au niveau de la filière nucléaire, la réduction des risques liés aux opérations de maintenance en milieu sévère ainsi que l’optimisation de l’intervention humaine sous contrainte sur les installations industrielles constituent un enjeu majeur. L’utilisation de technologies innovantes dans le domaine des capteurs en vue d’accéder en temps réel à une information précise et fiable constitue l’une des principales clés dans ce domaine. Lorsque l’environnement est riche en radiations, il convient de s’assurer que les capteurs restent opérationnels. Dans ce contexte, la société AVNIR Energy, dans le cadre du projet HAGILY, vise à développer des capteurs permettant de détecter et de déterminer le niveau d’encrassement de cannes de bullage sur un banc d’essais de la société ORANO. Plusieurs solutions sont envisagées pour réaliser cette mesure. La première repose sur une méthode passive consistant à étudier la réponse de la structure aux excitations mécaniques auto-générées par le système lui-même. La seconde, active, est basée sur des sollicitations externes (transducteur piézoélectrique ou électrodynamique) pour générer l’excitation en utilisant des techniques de retournement temporel, l’une des expertises de la société AVNIR Energy.

Objectifs de la thèse - Dans le cadre de cette thèse de doctorat on vise le développement de solutions à base de capteurs à fibres optiques aptes à fournir les données nécessaires à l’analyse de l’état du système étudié y compris en présence de rayonnement ionisant. Outre leurs excellentes performances intrinsèques, les capteurs à fibres optiques sont généralement plus tolérants aux radiations que les technologies concurrentes à base de microélectronique. Parmi les différentes technologies de capteurs optiques permettant d’effectuer des mesures vibratoires, les réseaux de Bragg à fibres optiques (Fiber Bragg Gratings, FBGs) apparaissent comme de très bons candidats [1]. En effet, ils présentent les avantages suivants :

  • Le capteur est faiblement intrusif, insensible aux perturbations électromagnétiques et peut fonctionner sur de larges gammes de température et de déformation,
  • Dans une même fibre optique, il est possible de multiplier le nombre de points de mesures, à travers des techniques de multiplexage spectral ou temporel,
  • Des systèmes d’interrogation rapides existent permettant de mesurer des variations de déformation ou de température à des fréquences de l’ordre de 20 kHz. Les performances de ces systèmes sont en constante amélioration, notamment grâce à l’avènement des technologies de circuits intégrés photoniques,
  • Le capteur FBG et la fibre optique peuvent être durcis aux radiations et donc garder des performances quasiment inchangées sous irradiation [2].

La technologie des FBGs est étudiée depuis de nombreuses années au laboratoire Hubert Curien de l’Université de Saint-Etienne pour des applications dans le domaine du nucléaire [2], du spatial [3], de l’aéronautique [4]. En particulier, le laboratoire dispose de nombreuses plateformes laser continu et à impulsions ultrabrèves (cf illustration d’un banc d’inscription fs) permettant l’integration des différents types de FBGs dans les différents types de fibres optiques. L’équipe MOPERE du LabHC possède également l’ensemble des outils de caractérisation des FBGs ainsi que d’autres technologies de capteurs à fibres optiques. Elle dispose ausside deux installations d’irradiation ;  les irradiateurs X MOPERIX et LabHX. MOPERE possède une expertise internationale dans le domaine du développement de technologies fibrées pour les environnements radiatifs, notamment sur les capteurs répartis à fibre basés sur les phénomènes de diffusion Rayleigh, Raman et Brillouin.

Un premier travail bibliographique sera consacré à 1) l’étude des différentes technologies de capteurs à fibres optiques permettant la mesure de vibrations 2) l’étude des mécanismes à l’origine de la dégradation des propriétés des fibres optiques et capteurs à fibres optiques dans les milieux radiatifs. Différentes architectures de capteurs, en particulier à base de FBGs, seront ensuite conçues et réalisées grâce aux outils disponibles au laboratoire Hubert Curien et leurs performances en termes de mesures vibratoires et acoustiques seront caractérisées et comparées à des techniques établies. Au cours de cette phase, une attention particulière sera portée à l’interface mécanique entre les capteurs et la structure, en effet, cette dernière est primordiale pour que la mesure vibratoire soit précise. La fatigue de ces capteurs sera également évaluée. Enfin, la réponse de ces capteurs sous irradiation sera adressée ainsi que leur implémentation auprès des installations visées dans le cadre du projet HAGILY

Formation souhaitée : le sujet de thèse est à forte composante expérimentale, les candidat(e)s, titulaires d’un master ou d’un diplôme d’ingénieur, doivent avoir une bonne formation en optique et photonique. De bonnes connaissances en instrumentation et / ou en mécanique des milieux continus seront bien appréciées.

A propos d’AVNIR Energy : AVNIR Energy est spécialisée dans l’ingénierie pour le domaine des énergies nucléaire, pétrolière, gazière, hydraulique, thermique et renouvelables. AVNIR Energy participe à renforcer les performances de ses clients au quotidien et les accompagne sur tous leurs projets sensibles. Ses ingénieurs et techniciens experts possèdent un savoir-faire en mécanique des fluides, en thermique, dans la tenue aux sollicitations statiques, sismiques ou vibratoires, en acoustique ainsi que dans le domaine particulier des rayonnements ionisants et électromagnétiques.

 

Références

[1] Y. Rodriguez Garcia, et al. "Vibration Detection Using Optical Fiber Sensors”, Journal of Sensors, Volume 2010, Article ID 936487, 2010
[2] A. Morana, et al. "Radiation tolerant fiber Bragg gratings for high temperature monitoring at MGy dose levels," Optics Letters, vol.39, pp. 5313-5316, 2014
[3] T. Blanchet, et al. "X-Ray, Proton, and Electron Radiation Effects on Type I Fiber Bragg Gratings," IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. 65, no. 8, pp. 1632-1638, Aug. 2018.
[4] projet européen ADD-ON: https://addon-project.eu/

 

Contacts :

Emmanuel Marin, emmanuel.marin@univ-st-etienne.fr, +33 477 915 809

Thomas Le Gall, t.legall@avnir.fr, +33 645 925 695




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