— © Julian Fells / University of Oxford

Des scientifiques de l’université d’Oxford ont mis au point un nouveau capteur composé de brins de saphir extrêmement fins, capable de résister à une chaleur et à des radiations extrêmes.

Une stabilité extrême

Présenté dans la revue Optics Express, le dispositif au cœur de cette nouvelle recherche est un capteur à réseau de Bragg (FBG), pouvant être utilisé pour surveiller la température et la contrainte dans les systèmes de communication optique. Ces éléments sont généralement constitués de fibres optiques en silice, mais une telle conception commence à poser problème lorsque les températures approchent les 1 000 °C.

Les FBG à base de fibres de saphir promettent une plus grande stabilité à des températures allant jusqu’à 1 900 °C, ce qui pourrait permettre de les déployer dans des environnements extrêmes (surveillance des turbines à gaz dans les moteurs à réaction notamment), tandis que leur résistance aux radiations ouvre la voie à leur utilisation dans les réacteurs nucléaires et l’espace.

Cependant, ces dispositifs présentent certaines limites dans leur forme actuelle. Mesurant moins d’un demi-millimètre de large, leurs fines fibres s’avèrent nettement plus épaisses que la longueur d’onde de la lumière, impliquant que cette dernière puisse rebondir à l’intérieur, créant des longueurs d’ondes parasites à même de brouiller le signal et de rendre le capteur inutilisable.

Pour surmonter ce problème, l’équipe d’Oxford a gravé une fine rainure (un centième de millimètre de diamètre) sur toute la longueur de la fibre de saphir à l’aide de lasers femtosecondes. Permettant de guider étroitement la lumière, cette approche a permis au capteur FBG en saphir de ne transmettre qu’une seule longueur d’onde.

Fibre optique en saphir — © Julian Fells / University of Oxford

De nombreuses applications

« Ces fibres optiques en saphir trouveront de nombreuses applications dans les environnements extrêmes d’une centrale à énergie de fusion », souligne Rob Skilton, de l’Autorité britannique de l’énergie atomique. « Elles pourraient permettre de décupler les capacités des futurs systèmes de capteurs et de maintenance robotique dans ce secteur, contribuant à la fourniture d’une énergie de fusion sûre, durable et à faible teneur en carbone. »

Le capteur à fibre de saphir utilisé lors des expériences ne mesure qu’un centimètre de long, mais les chercheurs précisent que le développement de versions de plusieurs mètres de long est tout à fait envisageable. En ce qui concerne l’aérospatiale, cela permettrait notamment de mesurer la température dans l’ensemble d’un moteur à réaction et d’ajuster à la volée les conditions pour améliorer l’efficacité du vol.

« Cette recherche fondamentale pourrait à terme permettre une mesure de température multipoint plus efficace et plus précise dans des environnements difficiles, améliorant ainsi le contrôle, l’efficacité et la sécurité », estime de son côté Mark Jefferies, de Rolls-Royce. « Nous sommes impatients de travailler avec l’université d’Oxford pour explorer son potentiel. »

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