En labo, une fibre plate 1 000 fois plus sensible à la pression

Dans une enceinte de pression, un ruban de verre a été testé jusqu’à 0,40 MPa. Selon des chercheurs de l’Institut royal de technologie KTH, en Suède, et de l’Université de Southampton, au Royaume-Uni, cette fibre optique plate a produit une sensibilité à la pression jusqu’à 1 000 fois supérieure à celle d’une fibre circulaire comparable.

Une fibre optique n’est pas seulement un fil de verre destiné à transporter des données. L’étirement, la pression ou la chaleur peuvent modifier ses propriétés physiques et optiques, et les ingénieurs peuvent déduire la force exercée en suivant les variations de la lumière. La fibre cylindrique classique est particulièrement utile pour les forces exercées dans sa longueur, mais elle réagit moins fortement aux forces transversales et à la pression hydrostatique qui s’exerce autour d’elle. Cela limite la sensibilité disponible lorsque la pression est la grandeur à mesurer.

L’équipe a fabriqué sa fibre plate à grand rapport d’aspect, ou HARFF, comme une structure plate dès le stade de la préforme, plutôt que d’aplatir une fibre ronde déjà fabriquée. La géométrie obtenue peut atteindre un rapport d’aspect de 20:1. Deux canaux d’air allongés rendent délibérément la structure asymétrique : la pression déforme le ruban, modifie sa biréfringence — la différence entre la manière dont deux polarisations de la lumière se propagent dans le verre — et déplace le motif d’interférence entre deux réseaux de Bragg sur fibre identiques.

Le capteur de pression a affiché une réponse crête à creux de 7,24 dB/MPa et, avec une autre méthode d’analyse, une sensibilité allant jusqu’à 31,6 radians/MPa. La sensibilité croisée à la température était inférieure à 1 % de la sensibilité à la pression. La même plateforme a également détecté la chaleur après le remplissage de l’un des canaux avec un alliage à base d’étain : le coefficient de dilatation thermique de la silice est d’environ 0,5 × 10⁻⁶/K, contre environ 23 × 10⁻⁶/K pour l’alliage, si bien que le chauffage crée des contraintes dans le verre environnant.

Concrètement, qu’est-ce qui change ? Les ingénieurs disposent d’une plateforme de détection réglable, dont ils peuvent ajuster la largeur, l’épaisseur, l’épaisseur des parois, les canaux internes, la position du guide d’onde et les matériaux de remplissage des canaux afin de concentrer les contraintes là où elles produisent le signal optique le plus fort. Plus de 120 m ont été étirés à partir d’une seule préforme expérimentale, démontrant que cette géométrie inhabituelle peut être fabriquée. Pawel Maniewski, chercheur à KTH, a décrit cette innovation comme « un nouvel espace de conception pour la fibre optique ». Pour l’instant, les éléments disponibles constituent une preuve de concept en laboratoire, et non un capteur démontré dans des conditions opérationnelles.