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Capteurs à fibre optique : un bond technologique grâce aux technologies quantiques de comptage de photons

Des chercheurs de FEMTO-ST ont démontré l'augmentation de la portée des capteurs de température à fibres optiques à 150 km grâce à une technologie de détection photonique innovante.

La surveillance en temps réel des réseaux d’énergie, notamment ceux des parcs éoliens offshore, repose de plus en plus sur les capteurs distribués de température à fibres optiques. Ces capteurs utilisent un laser impulsionnel injecté dans une fibre optique, provoquant une rétrodiffusion de lumière liée à la température par un phénomène appelé diffusion Brillouin. En analysant les variations de fréquence de cette lumière diffusée, , il est possible de cartographier la température sur toute la longueur de la fibre optique.

Toutefois, cette technologie se heurtait jusqu’ici à une limite de portée, généralement fixée à 80 km pour les systèmes commerciaux, en raison des pertes optiques et du bruit électronique des détecteurs.

Les travaux récents menés à FEMTO-ST en collaboration avec l’entreprise suisse Omnisens (groupe Prysmian) ont permis de repousser cette limite à 150 km sans amplification optique intermédiaire. Ce résultat a été obtenu grâce à l’usage de détecteurs à avalanche à photon unique (SPAD), capables de compter les photons avec un bruit extrêmement faible. En combinant cette technologie avec une optimisation du temps de mesure, les chercheurs ont obtenu une résolution spatiale de 20 mètres sur toute la distance, en seulement une heure de mesure.

Un modèle analytique développé à partir de ces expériences suggère que la portée pourrait encore être étendue jusqu’à 200 km, ce qui constituerait un nouveau record mondial pour ce type de capteurs.

Cette percée technologique, réalisée dans le cadre de la thèse de Maxime Romanet, s’inscrit dans le projet transfrontalier INTERREG VI DISTANCE, associant plusieurs acteurs franco-suisses de la photonique et de la surveillance énergétique. Elle ouvre aussi des perspectives prometteuses pour d'autres domaines exigeant une haute sensibilité, comme les systèmes lidar et l’imagerie scientifique.

Ces travaux on fait l’objet d’une publication en février dernier dans la revue OPTICA : https://doi.org/10.1364/OPTICA.549392

Contact FEMTO-ST : Jean-Charles BEUGNOT