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2 octobre 2017

Surveillance du Réseau Ferroviaire par la Fibre Optique


Catégorie : Post-doctorant


Les propriétés physiques d’une fibre optique sont modifiées en fonction de certaines contraintes externes, comme une vibration ou une variation de température. Ces contraintes produisent une modification de la lumière rétrodiffusée (accroissement et variation de phase), soit par diffusion Rayleigh pour le cas de la vibration, ou par diffusion Brillouin ou Raman pour le cas de la variation de température. Ces phénomènes permettent l’utilisation de la fibre optique comme capteur réparti, car des modifications de l’environnement local de la fibre peuvent être détectées à partir de la variation de l’intensité et de la phase de la lumière réfléchie [1].

La technologie DAS (Distributed Acoustic Sensing) pour la diffusion Rayleigh est actuellement utilisée dans des situations particulières, comme pour la détection d’intrusion ou de tremblement de terre dans l’industrie pétrolière. Malgré des difficultés techniques encore étudiées par des laboratoires de recherche, la technologie est prometteuse [2]. Néanmoins, une phase de traitement du signal est nécessaire afin de faire ressortir le signal utile du bruit puis de discriminer les différents types de phénomènes à la source de la vibration ou de la variation de température. Cette phase doit être capable de répondre aux problématiques liées au milieu dans lequel la fibre est installée, elle doit donc être adaptée à ses contraintes particulières.

La SNCF souhaite, en collaboration avec CentraleSupélec, développer dans son réseau l’utilisation d’un système de surveillance par la fibre optique. Du fait des spécificités de l’environnement ferroviaire une attention particulière devra être apportée au traitement du signal afin de garantir un niveau de fiabilité suffisant de l'interprétation des phénomènes. A cet effet, nous proposons l’utilisation d’une méthode construite à partir d’une approche statistique qui se base sur la divergence de Kullback-Leibler (KLD) [3]. 

 

Objectifs

Le projet est actuellement divisé en trois axes :

  1. Description physico-mathématique et/ou mesure d’un ensemble de sources de vibration dans l’environnement ferroviaire [4], définition de leur signature fréquentielle et de leur impact sur la lumière qui se propage dans la fibre ;
  2. Instrumentation de la fibre (Φ-ODRT) et mesure de la lumière rétrodiffusée ;
  3. Traitement du signal afin de faire ressortir le signal utile du bruit et de discriminer les sources de vibration entre elles.

Le candidat interviendra principalement dans la troisième partie, pour laquelle il utilisera des données issues de mesures et des simulations réalisées par la SNCF. Il sera néanmoins ponctuellement amené à réaliser des modélisations physiques et à participer à des campagnes de mesure.

Dans une deuxième partie, le candidat participera à la création d’un banc de mesure, réalisé avec un étudiant de dernier cycle dans le domaine de l’instrumentation. Ce banc permettra de limiter les sources de bruit extérieur afin de mieux caractériser la modification apportée par les phénomènes vibratoires sur la propagation de la lumière dans la fibre optique.

Profil recherché

Doctorat en télécommunications et traitement du signal. Compétences sur la physique de la fibre optique nécessaires. Une maîtrise de logiciels de calcul scientifique ainsi qu’une très bonne connaissance de l’anglais technique sont indispensables.

Contact

Envoyer CV, liste de publications et lettre de motivation à :

Références bibliographiques

[1] J. Park, W. Lee, and H. F. Taylor, “A fiber optic intrusion sensor with the configuration of an optical time domain reflectometer using coherent interference of Rayleigh backscattering,” Proc. SPIE 3555, 49–56 (1998).

[2] Yu Wang, Baoquan Jin, Yuncai Wang, Dong Wang, Xin Liu, Qing Bai, "Real-Time Distributed Vibration Monitoring System Using Φ-OTDR", Sensors Journal IEEE, vol. 17, pp. 1333-1341, 2017, ISSN 1530-437X.

[3] J. Harmouche, C. Delpha, D. Diallo, "Incipient fault detection and diagnosis based on Kullback-Leibler divergence using principal component analysis: Part I", Signal Process., vol. 94, pp. 278-287, Jan. 2014.

[4] Regis Cottereau, Lucio Abreu Correa, Juan Carlos Quezada, Sofia Costa d’Aguiar, Charles Voivret. “Stochastic heterogeneous material modeling for granular material. Application to wave propagation in ballasted railway track”. 12e Colloque national en calcul des structures, May 2015, Giens, France. 12e Colloque national en calcul des structures, 2015.

 

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