Essais comparatifs avec différents types de fibres optiques

Plusieurs essais comparatifs ont été effectués avec des types de fibres monomodes différents. Une série d’expériences a bien entendu également été réalisée avec de la fibre SMF-28, puisque c’est le type de fibre le plus utilisé, tant en télécoms que pour les capteurs répartis, tant pour des raisons de disponibilité et des standardisations des caractéristiques que de coût réduit.

3.2.3.1 Expérience de relaxation

La première série d’expérience a constitué à répéter les mesures de température à l’intérieur du four avec cette même fibre de test SMF-28, et dans les mêmes conditions, identiques à celles qui prévalaient lors des expériences précédentes avec la fibre gainée en cuivre, afin de comprendre si un possible phénomène de relaxation des matériaux constituant la fibre pouvait intervenir.

Trois séries de mesure de température ont été effectuées. Les données ont été acquises lors de la descente en température, post-échauffement. Le résultat de ces essais est présenté sur la figure 3.6.

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Figure 3.6 – Différence entre la température mesurée par les thermocouples et par l’OBR pour SMF-28 On observe que pour les trois séries de mesures le résultat est assez répétitif : la différence entre de la température mesurée par l’OBR et celle mesurée par les thermocouples présente la même tendance croissante, sous forme d’une loi polynomiale d’ordre deux (Cf. Fig. 3.6). Si une relaxation avait eu lieu, nous estimons que la matière constituant la fibre se serait un tant soit peu réorganisée, et le résultat consisterait en une la réponse différente pour les échauffements suivants [106 Mohanna]. Par conséquent, nous pouvons conclure soit qu’il ne s’agit pas là d’un phénomène de relaxation des matériaux après échauffement de la fibre, soit qu’elle est négligeable par rapport à l’autre « cause » de l’augmentation de la température observée.

3.2.3.2 Expérience de dilatation thermique

L’une des raisons qui pourrait expliquer la différence importante entre la température mesurée par l’OBR 4600 et la celle délivrée par les thermocouples pourrait être la dilatation thermique de la fibre liée aux contraintes thermomécaniques qu’elle subit, surtout lorsqu’elle est fixée (attachée) lors de l’essai. Malheureusement, la méthode corrélationnelle que l’appareil OBR utilise pour déterminer la température, n’est pas capable de distinguer le changement d’indice de fibre dû à l’évolution de la température (le coefficient thermo- optiques dn/dT n’est pas pris en compte dans l’algorithme de Luna), de celui dû aux contraintes évoquées en amont et conséquences de la dilatation thermique. Si les deux phénomènes (l’échauffement et la dilatation thermique) ont lieu simultanément la méthode corrélationnelle ne les distingue pas et les traite comme le seul et unique phénomène. De fait, le changement d’indice dû aux contraintes sera interprété par l’instrument comme un changement de température et sera ajouté au véritable échauffement de la fibre.

Une autre expérience a donc été réalisée afin d’étudier l’influence de la dilatation thermique de la fibre. L’échauffement du four, identique aux expériences précédentes, a été effectué avec une fibre SMF-28 fixée au bord du four, puis avec cette même fibre mais cette fois non

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fixée, laissée libre. De nouveau, les données ont été acquises lors de la descente de température, post-échauffement. Le résultat est présenté sur la figure 3.7.

Figure 3.7 – Différence pour SMF-28 libre et fixée

On observe que les deux courbes (fibre tendue et fibre libre) présentent la même tendance sous forme d’une fonction polynomiale d’ordre deux, et peuvent être considérées comme relativement identiques. Ainsi, les contraintes dues à la dilatation thermique ne sont pas très importantes et peuvent être négligées par rapport à l’influence de l’échauffement lui-même.

3.2.3.3 Expérience de dispersion

L’une des raisons des importantes différences observées entre les mesures de température par l’OBR 4600 et les mesures de température fournies par les thermocouples pourrait aussi être lié au type même de fibre utilisée, puisque nous avons déjà observé que le gainage de fibre influe sur le résultat de mesure (Cf. § 3.1.1). Ainsi, une expérience, menée avec une fibre DCF (fibre à compensation de dispersion), dont la structure et les propriétés sont très différentes de celles de fibre SMF-28, a été effectuée. Les conditions d’échauffement sont demeurées identiques aux celles de l’expérience avec la fibre SMF-28. De nouveau, les données ont été enregistrées lors de la descente de température. Plusieurs séries d’échauffement ont été réalisées, afin de s’assurer que le phénomène de relaxation ne se produise pas non plus pour ce type de fibre. Le résultat est présenté sur la figure 3.8.

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Figure 3.8 – Différence entre la température mesurée par les thermocouples et par l’OBR pour la fibre DCF (rouge et vert) et pour la fibre SMF-28 (bleu)

On observe que le résultat demeure relativement identique pour les deux séries d’expériences réalisées avec la fibre DCF. Nous en concluons que le phénomène de relaxation n’a pas lieu pour ce type de fibre. La différence de température présente la même tendance de forme polynomiale du second ordre pour la DCF et pour la SMF-28, bien que légèrement différent pour les très hautes températures. On peut conclure alors qu’il est possible de négliger la dispersion (D = + 17 ps/nm·km pour une fibre SMF-28 et D = – 80 ps/nm·km pour une fibre de type DCF) puisque cette différence n’affecte guère le résultat de mesures, du moins pour les distances « courtes » (la longueur utilisée était de seulement 30 m).