Développement de capteurs | INSTITUT DE PHYSIQUE DU GLOBE DE PARIS

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  Développement de capteurs

Développement de sismomètres optiques:

Nous développons depuis plusieurs années des prototypes de sismomètres optiques. Ces études, initiées à l'IPGP avec le LAAS-OSE de Toulouse, se sont poursuivies dans le cadre de l'ANR LINES (2009-2012) coordonnée par J. Chery, associant Géosciences Montpellier et l'ESEO d'Angers. Notre objectif est de disposer de sismomètres peu coûteux et très performants adaptés à des environnements difficiles, comme le sous-marin, les forages profonds, ou  les régions volcaniques, géo-thermales ou montagneuses.

L'intérêt pour nous d'un tel instrument est de séparer la partie de contrôle et d'acquisition  de sa partie capteur par une fibre optique longue : le capteur est purement mécanique, non alimenté en électricité, ausculté par un faisceau laser qui peut être guidé par une fibre de plusieurs dizaines de kilomètres de long. L'absence de câblage électrique permet d'éviter les problème d'alimentation du capteur à grande distance, de parasitage électromagnétique (foudre, machines, lignes Haute Tension), et  l'absence d'électronique au capteur permet sa tenue à haute température et lui confère un grande fiabilité et robustesse sur le long terme.  Quelques prototypes de sismomètres optiques  ont été conçus et développés   depuis plus de 10 ans au Japon et aux USA, mais avec des  applications jusqu'à présent limitées, surtout pour de la  métrologie de précision pour observatoire.

Le principe du sismomètre optique est simple : Une diode laser envoie un faisceau dans une fibre optique; à l'autre extrémité, la fibre est fixée sur le bâti d'un sismomètre (géophone), et le rayon laser pointe sur un miroir fixé sur la masse mobile du géophone. Il s'y réfléchit et revient dans la fibre. L'espace entre le miroir et le bout de la fibre forme ainsi une cavité laser produisant  des franges d'interférences (interférométrie Fabry-Pérot).  La mesure de la variation d'intensité lumineuse avec une  photo-diode  permet de détecter la variation de la position  relative de la masse. Deux  faisceaux lasers en quadrature sont utilisés pour lever l’ambiguïté de la direction de mouvement. Des traitements  algorithmiques originaux développés à l'ESEO permettent une précision meilleure que 1 Angström. Le premier prototype a fonctionné dans la Laboratoire Souterrain à Bas Bruit (LSBB) de Rustrel, en Provence, et a montré que ce géophone optique, de période mécanique 2 Hz, pouvait résoudre le bruit de fond terrestre jusqu'à des périodes de 6 s  environ, montrant ainsi un excellente performance, d'autant  que la fibre utilisée, de 3 km de long, était équivalente à 10 km de fibre déroulée. Un prototype de sismomètre  optique 3 composantes sous-marin est en cours de montage à l'IPGP, pour une installation future aux Antilles.