Là où le télescope Einstein et la recherche sur les fibres optiques se rencontrent
Entre octobre 2021 et mars 2022, un trou de 250 mètres de profondeur et de 10 cm de diamètre a été foré à Cottessen. L’objectif principal ? Etudier le la structure du sous-sol et savoir s’il serait assez silencieux pour le télescope Einstein. À cette fin, un capteur de vibrations a été placé à une profondeur de 250 mètres. Mais lorsque Frank Linde, chercheur au Nikhef, a pris contact avec Rob Jansen du TNO, ils ont pensé à autre chose : dans ce puits, ils pourraient tester simultanément si un câble en fibre de verre sur toute sa longueur pourrait être utilisé comme capteur. Ce capteur pourrait alors mesurer la température, la déformation et les vibrations. Et cette technologie, à son tour, pourrait avoir toutes sortes d’applications.
Les câbles en fibre de verre sont aujourd’hui principalement utilisés pour les télécommunications. Mais Rob Jansen est l’un de ceux qui cherchent d’autres applications de ces câbles. Dans le cadre du projet européen SLAM-DAST, il étudie, avec d’autres instituts de recherche et entreprises, comment le câble lui-même peut être utilisé comme capteur. De préférence, un capteur qui mesure les vibrations ainsi que la température et la déformation sur toute la longueur. L’équipe de Jansen se concentre sur les vibrations à cet endroit.
“Le capteur installé précédemment mesure les vibrations à une profondeur de 250 mètres. Mais nous voulions accrocher un câble en fibre de verre dans le trou de forage et voir si nous pouvions mesurer les vibrations tous les 3 mètres.” Explique Jansen. “Cela nous permettrait de mieux comprendre les différentes couches du sous-sol. Ceux-ci se composent de différents types de terre et roche, chacun ayant un effet différent sur la transmission et la réflexion des vibrations. Cette technique est déjà utilisée dans l’industrie pétrolière et gazière pour créer des images du sous-sol. L’application à Cottessen est unique. Aucun pétrole ou gaz n’est produit ici et c’est un endroit très calme et paisible. Nous espérions donc pouvoir atteindre ici des niveaux signal/bruit très bas.”
Installation des câbles
La pose du câble à fibres optiques n’a pas été sans difficultés. On a d’abord accroché deux câbles de 198 mètres dans le tube, qui sont reliés au fond. Ensuite, le trou de forage a été rempli de ciment pour empêcher l’eau d’atteindre les capteurs. Cela pourrait interférer avec les mesures. “La grande inconnue était la qualité du couplage entre la fibre de verre et le ciment”, explique M. Jansen. Ils ne le savaient pas à l’avance.
Premières mesures
Heureusement, le couplage a été bon et les chercheurs ont pu effectuer les premières mesures en mars. Le puits s’est avéré être un bon emplacement de test. Comme prévu, il y avait beaucoup moins de bruit dans le puits que dans le laboratoire et on pouvait voir l’effet de la profondeur remonter à la surface. Plus le câble est profond, plus le niveau de bruit du signal est faible. Ils ont également pu déterminer la déformation du câble en fibre de verre dans le puits. Par exemple, après la cimentation, environ 60 % de lumière en moins passait par le câble et celui-ci était également déformé à un certain point. Mais la cause de ce problème – un point faible dans le ciment et dans le tuyau – était connue, et il reste suffisamment de signal lumineux pour travailler.
“Ces premiers tests nous ont donné un bon aperçu de l’état actuel du puits et peuvent être considérés comme des mesures de référence”, a déclaré M. Jansen. Lorsque nous prendrons de nouvelles mesures, nous serons en mesure de surveiller toute nouvelle déformation. Par exemple, à la suite d’un affaissement ou d’un durcissement supplémentaire du ciment.
Elle attend également toujours les résultats du capteur de vibrations situé au fond du trou de forage. “Nous aimerions comparer les vibrations du câble à fibres optiques avec celles du capteur. Cela sert de point de référence. Ensuite, on peut modéliser assez bien les amplitudes et les fréquences que l’on peut mesurer avec la fibre optique.”
Applications possibles de la technologie des capteurs à fibres optiques
L’objectif du projet SLAM-DAST est d’appliquer plusieurs technologies de capteurs dans le même câble à fibres optiques, de l’optimiser et de l’industrialiser afin qu’il puisse être appliqué à grande échelle. On s’attend à ce qu’il trouve des applications, par exemple, dans le domaine de la “surveillance de la santé des structures” : surveillance des matériaux et des constructions techniques telles que les ponts et les viaducs. Il peut également être utilisé pour des applications dans le sol, comme la mesure des affaissements ou la détection des tremblements de terre.
Des ondes gravitationnelles à la technologie des fibres optiques
Ce n’était pas l’objectif principal lorsque, sous la bannière du projet E-TEST, il a été décidé de forer un trou près de Cottessen pour des recherches préparatoires au télescope Einstein. Mais les nouvelles connaissances qu’il pourrait apporter à la technologie des capteurs à fibre optique sont un sous-produit intéressant. Rob Jansen est heureux que cette opportunité se présente. “C’est un lieu de test unique où TNO, avec l’équipe enthousiaste et experte de Nikhef, peut démontrer et caractériser les derniers développements technologiques dans le domaine de la fibre optique.” Frank Linde est également enthousiaste à l’égard de cette collaboration, qui peut également apporter de nouvelles connaissances au télescope Einstein : “J’ai toujours aimé la haute technologie. Avec cette fibre, nous espérons pouvoir déterminer la réduction du bruit sismique en fonction de la profondeur. Et cela contribuera à une décision éclairée sur la profondeur à laquelle il convient de placer le télescope Einstein.”
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