Impact des dopants présents dans les fibres

Comme le montre la littérature, l’impact des dopants dans les fibres et la création des défauts qu’ils sont susceptibles d’engendrer sous irradiation expliquent pourquoi certaines fibres ré-sistent mieux aux rayonnements que d’autres. Les fibres irradiées qui sont listées dans le ta-bleau 3.2sont principalement dopées germanium dans le cœur ou fluor dans la gaine. Un cas intéressant de fibre dopée fluor dans le cœur et la gaine est aussi caractérisé. La tenue spectrale de ces fibres irradiées est analysée et comparée.

500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

longueur d’onde, nm

ARI, dB/m

AGI50−125−155G_NoFIMT−HT : 20.0 Gy AGI50−125−155G_NoFIMT−HT : 100.0 Gy AGI50−125−155G_NoFIMT−HT : 150.0 Gy

500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

longueur d’onde, nm

ARI, dB/m

AGI50−125−155G_NoFIMT−TA : 10.0 Gy AGI50−125−155G_NoFIMT−TA : 20.0 Gy AGI50−125−155G_NoFIMT−TA : 28.0 Gy

Figure 4.5 – ARI de plusieurs échantillons de fibres entre 440 et1550 nm. L’ARI d’une même fibre à haute température (haut) est plus faible qu’à température ambiante (bas).

Pour comparer l’impact des dopants, les mesures du banc d’ARI réalisées lors de la deuxième campagne d’essais sont étudiées. Elles permettent d’obtenir une information sur l’apparition et

la croissance des centres colorés induits par la création de défauts en fonction de la dose cumulée reçue par la fibre, et de leur éventuelle réparation suite à l’effet bénéfique de la température.

Fibre à dopage germanium / phosphore

Comme il a été vu dans la partie1.3.4, les fibres à gradient d’indice dopées germanium dans le cœur sont privilégiées pour la mesure de température répartie par effet Raman. Ce type de fibre a donc été irradié à haute température pour étudier sa tenue aux rayonnements.

La figure 4.5représente l’ARI d’une fibre AGI50/125/155G à haute température et température ambiante. L’ARI de la fibre AGI50/125/155G Nue à température ambiante n’est affichée que jus-qu’à28 Gycar la fibre s’est rompue au-delà, ce qui empêche toute mesure de signal intégré.

La haute température a un impact positif dans toutes les gammes de longueurs d’onde sondées, puisque l’ARI d’une fibre après une dose cumulée de30 Gyà température ambiante est du même ordre de grandeur que l’ARI de cette même fibre après150 Gyà haute température. Bien que le signal sature après une faible dose cumulée de20 Gyaux longueurs d’onde inférieures à700 nm. Un pic à ∼ 570 nm, caractéristique de la présence de phosphore, se distingue sur la mesure à haute température.

Cependant, l’allure générale de l’ARI entre 700 et1550 nmest la même quelle que soit la tem-pérature : élevée aux basses et grandes longueurs d’onde et plus faible entre 800 et 1300 nm. Dans cette gamme de longueurs d’onde, il ne semble pas y avoir de centre coloré identifié. La principale cause d’ARI peut alors être due aux queues des gaussiennes des centres d’absorption.

Fibre à dopage fluor

Les fibres qui utilisent du fluor comme dopant dans la gaine, ou dans le cœur et la gaine, sont plus résistantes aux rayonnements que les fibres germano-silicates. Ces fibres sont donc parti-culièrement intéressantes pour cette étude.

La figure 4.6 représente l’ARI des fibres AFS50/125/155G FIMT et GIMMSC(50/125)P FIMT à haute température.

La répartition spectrale de l’ARI entre les fibres AFS50/125/155G et AGI50/125/155G suit la même tendance : l’ARI est nettement plus élevée dans les basses longueurs d’onde, avec un pic autours de 600 nm. En revanche, l’amplitude de l’atténuation est diminuée d’un facteur 10 pour une même dose cumulée, ce qui confirme la meilleure résistance des fibres PSC à gaine optique dopée fluor par rapport aux fibres germano-silicates. Pour une dose cumulée de 200 Gy, l’impact à 1064 ± 50 nmest moins marqué, car l’atténuation de transmission lumineuse reste faible avec les deux types de fibres.

Enfin, c’est sur la fibre GIMMSC(50/125)P FIMT qu’est mesurée la plus faible ARI, en particulier dans les basses longueurs d’onde (bien qu’un bruit de mesure plus important, actuellement in-expliqué, soit présent sur l’intégralité du spectre). Le pic à620 nmest beaucoup moins marqué, ce qui appuie l’intérêt d’ajouter du fluor dans le cœur pour augmenter la résistance de la fibre aux rayonnements, tel qu’il a déjà été observé dans la littérature (Sanada et al.[123]; Griscom

4.1. ÉTUDE PARAMÉTRIQUE DE L’ÉVOLUTION DE L’ATTÉNUATION RADIO-INDUITE

500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500

0

500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500

0

Figure 4.6 – ARI de plusieurs échantillons de fibres à dopage fluor entre 440 et1550 nmà haute température. L’ARI d’une fibre PSC à gaine fluor (haut) est plus élevée qu’une fibre à cœur et gaine fluor (bas).

[59]; Wijnands et al.[144]). Un nouveau pic à∼ 1390 nm apparaît, il est probablement carac-téristique de l’augmentation de liaisons OH absorbantes dans une fibre mal protégée par un revêtement peu résistant aux hautes températures (Brichardet al.[18]; Hawnet al.[69]).

Analyse de la gamme spectrale

Pour toutes les fibres étudiées, trois grandes tendances sont observables : 1. l’ARI est notable aux longueurs d’onde inférieures à800 nm;

2. l’ARI est la plus faible dans la gamme de longueurs d’onde qui s’étend de 800 à1200 nm; 3. l’ARI augmente sensiblement au-delà de1200 nmpour les fibres les moins résistantes aux

rayonnements.

La forte atténuation aux longueurs d’onde inférieures à 900 nm est principalement due aux queues des gaussiennes d’absorptions engendrées par la création de défauts suite à l’irradia-tion des fibres. D’après le tableau1.4, les principaux défauts induits dans les fibres à matrice SiO² sont les centres𝐸^′, les NBOHC, les POR et les STH. En raison de la saturation du banc d’ARI, il est difficile d’identifier précisément les nombreux défauts possibles présents dans les fibres irradiées pour des longueurs d’onde inférieures à600 nm(voir figure1.33, d’après Girardet al.[52]).

Pour l’échantillon AGI50/125/155G, le pic d’atténuation à570 nmdistingué uniquement à haute température est caractéristique de défauts POHC (Girard et al.[51]), cette fibre contenant une quantité significative de phosphore. Un pic dans le spectre à 620 nm, spécifique aux défauts

Si-NBOHC, se distingue au cours de la dose reçue pour l’échantillon de fibre AFS50/125/155G.

Comme il s’agit de silice pure, le défaut POR peut aussi participer à l’intensité de ce pic (Brichard et al.[21]). Quant au spectre d’ARI de la fibre GIMMSC(50/125)P, le pic à620 nmsemble nettement réduit. Si l’étude de la génération de défauts dans les fibres dopées fluor est moins présente dans la littérature, l’atténuation qui se distingue de∼ 600à∼ 800 nmpourrait être engendrée par des STH précurseurs dont la réparation diffère à haute température par rapport à d’autres défauts (Sasajima et Tanimura [124]; Griscom [59]).

L’atténuation des longueurs d’onde au-delà de1300 nmest liée à la queue d’absorption du défaut OH, qui augmente avec l’irradiation ou l’état de dégradation des fibres soumises à la haute tempé-rature. La fibre GIMMSC(50/125)P à revêtement polyimide laisse apparaître un pic à∼ 1390 nm, qui est plus probablement lié à l’impact de la haute température, agressif pour le revêtement, qu’aux rayonnements ionisants. Si ce pic apparaît sur une fibre après deux semaines de chauffe à une température inhomogène de 100 à320^◦C, il est permis de supposer que son influence risque d’être néfaste après un an d’instrumentation sur site à350^◦C(pas nécessairement sur l’atténua-tion de la fibre, mais plutôt sur sa fragilité mécanique due à la dégradal’atténua-tion du revêtement).

Enfin, l’ARI augmente globalement dans la gamme de longueurs d’onde qui va de 900 à1300 nm. Ce n’est probablement pas dû à la présence de centres d’absorption, mais plutôt aux queues des gaussiennes qui se rejoignent de part et d’autre du spectre d’étude. Car dans cette gamme de longueurs d’onde, les dopants détectés par EPMA sur toutes les fibres étudiées ne sont pas connus pour être une source de création de défauts qui y atténuent la transmission lumineuse.

La longueur d’onde de travail de 1064 ± 50 nm est incontestablement avantageuse pour une application en environnent radiatif.