Development of multi-channel opto-mechanical seismometers, connected to plurikilometric fiber, for academic and industrial real-time applications
Développement de sismomètres opto-mécaniques multivoies, à fibre plurikilométrique, pour des applications temps réel académiques et industrielles
Résumé
Academic research and monitoring of areas with high telluric hazards require number of seismic equipment that may present some limitations. Indeed, the cost of these systems can be high, and their deployment is sometimes very challenging. Thus, the harsh environment inherent to some geographical areas, such as volcanic edifices (temperature, acidity and lightning), deep boreholes, or seabed, do not always allow the installation of measurement devices and prevent the real-time monitoring of active areas on the long run. A fiber optic displacement sensor applied to seismology, based on an extrinsic Fabry-Perot interferometer, was proposed at the end of the LINES project (RiskNat ANR – 2009-2012). This work aimed to enhance the robustness and reduce the cost of new seismometers, while maintaining good metrological performances.The work presented in this thesis, part of the ANR HIPERSIS project (2017-2019), aims to (i) model the opto-electronic measurement system, in order to evaluate its performances (especially noise level, linearity, bandwidth), and the impact of the environmental conditions on its behavior, (ii) to design, model and engineer a geophone suitable for the optical measurement system, and compliant with the specifications of the HIPERSIS project, and (iii) to install and characterize the whole system on a site of interest : La Grande Soufrière Volcano, Guadeloupe. We will conduct a first assessment of the contribution of this seismometer to the study of the volcano microseismicity. The results of this study might open promising perspectives for monitoring networks in harsh environments: natural or industrial environment (geoindustries or civil engineering), as well as the diversification of mechanical structures associated with the optical interrogator (hydrophone, inclinometer, etc.).
La recherche académique et la surveillance de zones présentant des aléas telluriques élevés nécessitent la mise en œuvre d’une instrumentation sismologique pouvant présenter certains facteurs limitants, tant en termes de couts que de facilité de déploiement. Ainsi, les fortes contraintes environnementales inhérentes à certaines zones géographiques, comme les édifices volcaniques (température, acidité, foudre), les forages profonds, ou les fonds marins, ne permettent pas toujours l’installation de matériel de mesure et la surveillance en temps réel de zones actives sur le long terme. Le projet LINES (ANR RiskNat – 2009-2012) a permis le développement d’un capteur de déplacement à fibre optique appliqué à la sismologie. Ce dernier, basé sur un interféromètre de Fabry-Pérot extrinsèque a permis d’envisager l’émergence de nouveaux sismomètres plus robustes et moins coûteux, tout en leur garantissant de bonnes performances métrologiques.Les travaux présentés dans cette thèse s’inscrivent dans la continuité de ce premier projet. Intégrés à l’ANR HIPERSIS (2017-2019), ils visent à (i) proposer un modèle du système de mesure optoélectronique, afin d’évaluer ses performances en termes de niveaux de bruits, de linéarité, de bande passante notamment, et l’impact des conditions environnementales sur son comportement, à (ii) concevoir, modéliser et réaliser un géophone adapté au système de mesure optique, et conforme aux attendus du projet HIPERSIS et à (iii) installer et qualifier l’ensemble du système sur un site d’intérêt : la Grande Soufrière de Guadeloupe. Un premier bilan quant à l’apport de ce sismomètre à l’étude de la microsismicité du volcan sera dressé. Les résultats de cette étude pourraient notamment encourager le déploiement en réseau de ce type de capteur sur d’autres sites d’intérêt – naturels ou industriels (géoindustries ou génie civil), ainsi que la diversification des structures mécaniques associées à l’interrogateur optique (hydrophone, inclinomètre).
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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