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Instrumentation, Mesure, Métrologie

1631-4670
Revue des Systèmes
 

 ARTICLE VOL 13/1-2 - 2013  - pp.69-96  - doi:10.3166/i2m.13.1-2.69-96
TITRE
Durcissement des capteurs à fibre optique fondés sur la rétrodiffusion Brillouin. Application à l’observation - surveillance du stockage géologique de déchets radioactifs à vie longue

TITLE
Gamma ray and hydrogen influence on optical fiber sensors based on Brillouin scattering for the monitoring of the underground repository for long-lived radioactive wastes

RÉSUMÉ

La France prévoit de stocker les déchets radioactifs de haute et moyenne activité à vie longue en couche géologique profonde. Les capteurs à fibre optique sont un outil exceptionnel pour le système d’observation-surveillance des ouvrages du stockage géologique, en particulier pour les systèmes fondés sur la rétrodiffusion Brillouin fournissant des mesures réparties de déformations. Pour assurer une longévité pluridécennale des systèmes de mesure, malgré un environnement localement sévère (rayonnement gamma, relâchements d’hydrogène, température avoisinant les 100°C), la démarche de qualification des systèmes d’auscultation du futur centre de stockage géologique est présentée. Le potentiel de certaines fibres optiques, à cœur en silice pure et dopées fluor en gaine pour les mesures réparties de température et de déformations par rétrodiffusion Brillouin dans l’environnement radiatif du stockage géologique, est montré. L’intérêt des revêtements primaires en carbone semble par ailleurs crucial pour empêcher la migration de l’hydrogène dans la silice, qui induit de fortes pertes de propagation mais également des potentielles erreurs de mesure rédhibitoires. L’intérêt de privilégier la longueur d’onde 1,3μm plutôt que 1,55μm pour des environnements spécifiques est enfin explicité.



ABSTRACT

After having concluded a feasibility study of deep geological disposal for high-level and long-lived radioactive waste in 2005, Andra was charged by the Planning Act n°2006-739 to design and create an industrial site for geological disposal called Cigéo. A monitoring system will contribute to the safety analyses in operation and after closure and to the reversible management process. Optical fiber sensors able to provide distributed strain and temperature measurements are an outstanding tool for the monitoring system. In order to ensure measurement quality for a century despite hazardous conditions (gamma rays, hydrogen releases, temperatures up to 100°C), Andra has implemented a qualification process. The article focuses on the accelerated aging tests performed on Brillouin measurement systems. We fully characterized the Brillouin response of different optical fibers, including the SMF28 fiber from Corning, under high gamma doses. Radiations increase the fiber linear attenuation and can also lead to a shift of the Brillouin frequency, thus measurements errors. We reduced these effects by designing a radiation resistant optical fiber. With this fiber, distributed sensing application using Brillouin scattering results possible in MGy dose level environment. Hydrogen induced propagation losses are quantified; we show hydrogen also induces Brillouin frequency shifts, up to 21MHz which corresponds to large temperature and strain measuring errors if not corrected. Carbon-coated fibers proved to be fully hermetic under the test conditions. 1310nm wavelength resulted the most favorable working wavelength.



AUTEUR(S)
Sylvie DELEPINE-LESOILLE, Johan BERTRAND, Stéphane BUSCHAERT, Aziz BOUKENTER, Youcef OUERDANE, Sylvain GIRARD, Laurent LABLONDE, Xavier PHÉRON

MOTS-CLÉS
capteurs à fibre optique, rétrodiffusion Brillouin, rétrodiffusion Raman, environnement radiatif, rayonnement gamma, hydrogène

KEYWORDS
optical fiber sensors, Brillouin scattering, gamma radiation, hydrogen diffusion into silica fibers

LANGUE DE L'ARTICLE
Français

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