Développement d’une nouvelle méthode de mesure simultanée du flux thermique et de la température moyenne à l’aide de nouveaux capteurs à fibre optique et de nouveaux réseaux LPG

Koffi, N'Guessan Guy Marcel (2022). Développement d’une nouvelle méthode de mesure simultanée du flux thermique et de la température moyenne à l’aide de nouveaux capteurs à fibre optique et de nouveaux réseaux LPG. Thèse. Gatineau, Université du Québec en Outaouais, Département d'informatique et d'ingénierie, 241 p.

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Résumé

La combinaison de certains effets naturels et humains, tels que les changements climatiques, l’exploitation industrielle, les glissements de terrain, fragilisent des installations et des ouvrages tels que les ponts, les digues, les bâtiments, les canaux, les conduites, etc. Il existe donc un grand besoin de contrôle et de surveillance dans plusieurs domaines d’activités tels que la production industrielle, l’exploration minière, le transport, la construction pour ne citer que ceux-ci. À titre d’illustration : en aéronautique, pour éviter des accidents d’avion, il est nécessaire de surveiller et de contrôler les contraintes mécaniques et les variations de températures dans le fuselage et les moteurs. En exploitation minier, il est difficile et parfois impossible d’installer des capteurs conventionnels dans cet environnement. En lien avec le domaine de génie civil au Québec, plusieurs effondrements de viaduc et de digues ont endeuillé des familles. Ainsi pour éviter d’éventuelles catastrophes, il est impératif de développer de nouvelles technologies de surveillance ayant de meilleures performances en termes de gestion thermique (durée de vie des capteurs, fiabilité, précision, rapidité, etc.).
En effet, une représentation précise du gradient de température est nécessaire dans la conception, la sécurité, le contrôle et la maintenance d'un large éventail de processus industriels. Ainsi, la connaissance du flux thermique permet d’une part de quantifier les pertes de chaleur à travers une ou plusieurs surfaces et d’autre part d’obtenir des informations sur ce qui se passe à l'intérieur du système étudié. Il existe une large gamme de capteurs conventionnels et de capteurs à fibre optique. En raison de leurs nombreux avantages, les capteurs à fibre optique à base de réseau longue période (Long period grating-LPG) sont de meilleurs candidats de substitutions.
Le travail présenté dans cette thèse porte sur le développement et la conception d’une nouvelle architecture de réseaux longues périodes hautement sensibles aux différences de température et aux températures moyennes afin de proposer un nouveau capteur à fibre optique à base de réseau LPG.
Une architecture de réseaux longues périodes à large bande est présentée comme une nouvelle méthode à capturer la température et le flux thermique d’un substrat. Cette découverte est une première application de fibres optiques aux mesures thermiques d’un milieu. La méthode présentée exploite la sensibilité de fibres optiques à leur environnement. Plus particulièrement, une imperfection écrite par laser ultra violette induit une perte de transmission. Cette perte est mesurable et elle est en fonction de la période et des longueurs d’onde du spectre de transmission. Par conséquence, il est possible de détecter les variations des caractéristiques de la perte de transmission par rapport à la température du milieu et par rapport au flux thermique. En effet, Nos résultats ont démontré que les gradients thermiques entraînent le décalage vertical de l’intensité de couplage du spectre du réseau, tandis que les modifications de la température moyenne entraînent le décalage horizontal de la longueur d'onde de couplage. Les sensibilités des réseaux LPG obtenues sont largement plus grande que celles des réseaux FBG. L’apport principalement de cette oeuvre est une démonstration de l’application de fibre optique qui mesure simultanément la température et le flux thermique sans toutefois appliquer la loi de fourrier pour le flux et donc moins de mesures et moins d'incertitude. Un modèle expliquant la physique sous-jacente du phénomène, les résultats des expériences de validation et des applications prometteuses sont présentés.

Type de document:	Thèse (Thèse)
Directeur de mémoire/thèse:	Lesage, Frédéric
Co-directeurs de mémoire/thèse:	Eftimov, Tinko A.
Mots-clés libres:	Réseau longue période; Fibres photosensibles; Multiplexage; Gradient de température; Gradient d’indice de réfraction; Flux thermique; Capteurs de température; Capteurs de flux thermique; Génie civil
Départements et école, unités de recherche et services:	Informatique et ingénierie
Date de dépôt:	21 févr. 2023 15:45
Dernière modification:	21 févr. 2023 15:45
URI:	https://di.uqo.ca/id/eprint/1473

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