Améliorer la santé et la sécurité des ouvrages d’art et des infrastructures avec les capteurs à fibre optique

Les lignes de transmission électrique, pipelines, réseaux de télécommunications, ponts, tunnels et autres ouvrages de génie civil forment le socle des sociétés contemporaines en facilitant les services essentiels et la connectivité. Il est d’une importance cruciale d’assurer la sécurité et l’intégrité de ces structures. Heureusement, les avancées technologiques ont amené des solutions innovantes pour la surveillance des infrastructures, et dans ce domaine, la technologie des capteurs à fibre optique est en train de changer la donne.

Cette technologie implique d’intégrer des fibres optiques dans l’infrastructure pour surveiller divers paramètres physiques en temps réel. Ces fibres sont capables de détecter les changements de température, de contrainte ou de pression mécanique générés par l’environnement ou des facteurs extérieurs. La technique est appelée « mesures réparties par fibre optique », où une seule fibre optique peut jouer le rôle d’un capteur étendu sur de longues distances et avec une résolution spatiale élevée, couvrant ainsi de vastes surfaces d’infrastructures essentielles.

Au cœur de la technologie de capteur à fibre optique se trouve le phénomène de rétrodiffusion optique qui se produit lorsque la lumière se transmettant le long du cœur d’une fibre optique interagit avec son environnement immédiat.

Effets de rétrodiffusion utilisés pour la détection par fibre optique

Les changements intervenant dans les paramètres physiques ambiants, tels que la contrainte ou la température, provoquent des variations minimes dans les caractéristiques de la lumière. Ces variations peuvent être détectées et analysées. Les techniques avancées de traitement du signal permettent aux ingénieurs de convertir ces variations en données précieuses aux fins suivantes :

• Surveillance de l’intégrité des structures: la technologie de capteur à fibre optique permet une surveillance continue et en temps réel des structures telles que les ponts, les bâtiments et les barrages. Tout écart de contrainte ou de température peut être détecté rapidement, alertant les personnes/organisations appropriées au sujet de problèmes potentiels avant qu’ils ne s’aggravent.
• Surveillance des pipelines: les gazoducs et les oléoducs, ainsi que les systèmes de distribution d’eau, sont sujets aux fuites et aux dommages. Les systèmes de capteur à fibre optique aident à détecter, et plus important encore, à localiser les fuites, les mouvements de terrain ou les interférences externes, réduisant le risque d’accidents et évitant des réparations coûteuses.
• Surveillance géotechnique: dans le cas des tunnels et structures souterraines, les capteurs à fibre optique fournissent des informations précieuses sur les mouvements de terrain, la subsidence/affaissement du sol et autres risques potentiels et permet un signalement précoce et des mesures préventives.
• Surveillance intelligente du réseau électrique: les capteurs à fibre optique sont de plus en plus utilisés dans les réseaux électriques pour surveiller les lignes de transmission électriques, les transformateurs et les postes électriques. Les données collectées permettent d’optimiser la distribution électrique et de renforcer la fiabilité du réseau.

Les mesures réparties par fibre optique procurent de nombreux avantages:

• Efficacité économique: les systèmes de surveillance classiques nécessitent de nombreux détecteurs en divers points, ce qui génère des coûts plus élevés d’installation et de maintenance. Le système de mesures réparties par fibre optique utilise une seule fibre optique pour couvrir de larges surfaces, d’où des coûts de déploiement et de fonctionnement nettement moins élevés.
• Maintenance proactive: les mesures réparties par fibre optique fournissent des informations immédiates sur les changements et anomalies, ce qui permet de réagir de manière précoce aux menaces ou problèmes potentiels.
• Longévité et durabilité : les fibres et câbles optiques utilisés comme capteurs sont extrêmement robustes et capables de résister à des conditions environnementales difficiles. Ils conviennent ainsi parfaitement à la surveillance de l’infrastructure dans le long terme.
• Détection à distance: les capteurs à fibre optique permettent d’effectuer une surveillance à distance, ce qui réduit les besoins d’inspections physiques et l’exposition humaine à des emplacements dangereux.
• Évolutivité: la technologie est évolutive et capable de s’adapter à la surveillance simultanée de plusieurs paramètres, fournissant une solution de surveillance complète pour les systèmes d’infrastructure complexes

Les mesures réparties par fibre optique offrent toute une gamme de possibilités, en surveillant divers paramètres physiques essentiels à l’intégrité de l’infrastructure. Les trois principaux types de détection par capteurs à fibre optique utilisés dans la surveillance des infrastructures concernent la température, la contrainte et l’acoustique.

• Détection de température: les anomalies de température et la surchauffe peuvent avoir un impact important sur l’intégrité structurelle des infrastructures telles que les pipelines, les câbles électriques et les équipements électriques. La détection de température distribuée (DTS) utilise le principe de mesure du changement dans la fréquence de lumière rétrodiffusée ou le courant comme fonction de température. Cette méthode permet de surveiller les profils de température en continu tout du long de la fibre optique, fournissant des données précieuses sur les zones à risque potentielles ou les variations de température susceptibles d’affecter les performances du réseau ou de l’infrastructure.
• Détection de contrainte: la surveillance de la contrainte due à des charges mécaniques est essentielle pour évaluer la santé des ouvrages de génie civil. La détection de contrainte distribuée (DSS) s’appuie sur le principe de mesure des variations minimes dans la fréquence de lumière qui résultent de la contrainte mécanique appliquée à la fibre optique. Cette technique permet aux ingénieurs de détecter les déformations, les failles ou les charges excessives, et ainsi de pouvoir prévenir des défaillances critiques de type effondrement et de prolonger la durée de vie des structures critiques.
• Détection acoustique: la détection acoustique distribuée (DAS) est une technologie de pointe qui permet de détecter et de localiser les perturbations et les vibrations acoustiques. En analysant les changements de rétrodiffusion de la lumière provoqués par les ondes de pression mécanique, la DAS transforme une fibre optique en un ensemble de milliers de microphones virtuels répartis sur une vaste superficie. Cette capacité est particulièrement avantageuse pour la surveillance de vastes réseaux d’infrastructure tels que des pipelines ou des voies de chemin de fer car elle peut détecter des fuites, des intrusions de tiers et des interférences, ou même des mouvements de terrain causés par des événements sismiques.

La combinaison de ces différents types de capteurs à fibre optique non seulement fournit une solution complète pour la surveillance de l’infrastructure, mais ouvre également de nouvelles possibilités pour les systèmes intégrés et intelligents capables de s’adapter aux besoins croissants de notre monde moderne complexe et interconnecté. La puissance de la technologie des capteurs à fibre optique permet d’assurer la sécurité, l’efficacité et la fiabilité des infrastructures critiques et de garantir un maximum de sécurité à la population.

Le développement et l’intégration continus de la technologie des capteurs à fibre optique dans les pratiques de surveillance de l’infrastructure semble être la meilleure voie pour assurer la protection des infrastructures critiques. Cette technologie fournit aux ingénieurs et décisionnaires les outils nécessaires pour augmenter la sécurité et la durabilité de ces infrastructure et de permet de prendre rapidement les meilleures décisions en cas de problème.

Pour en savoir plus sur les capteurs à fibre optique, consultez notre page Web Capteurs à fibre optique..

Ce blog est le dernier billet d’une série consacrée aux tests centralisés de fibre optique. Les autres billets sont consultables ici :

• Construire des réseaux optiques passifs (PON) de qualité à grande échelle : système de test centralisé
• Libérer le potentiel des analyses de la fibre pour améliorer les performances du réseau
• Intrusions sur la fibre et sécurité des données : examen des menaces potentielles et des méthodes de détection
• Zoom sur le rôle crucial des systèmes de test et de surveillance à distance de la fibre optique : réduire le temps moyen de réparation et monétiser les actifs fibre

Douglas Clague est actuellement responsable marketing pour les solutions de fibre optique chez VIAVI. Doug possède plus de 20 ans d’expérience dans le domaine des tests et des mesures, principalement dans les technologies relatives à la fibre optique et aux câbles utilisées à l’appui du secteur des télécommunications. Avant de travailler chez VIAVI, Doug a été ingénieur en production puis responsable avant-vente et responsable marketing-vente. Doug a participé à de nombreuses commissions influentes dans le secteur des technologies de la fibre optique et des câbles. Il a étudié à l’Université Brunel de Londres et a obtenu un Honors Degree en ingénierie électrique et électronique.