Éditeur(s) : HAL CCSD Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)/Optical Society of America(OSA)
Résumé : International audience
Nanometric displacement measurements by Extrinsic Fiber Fabry-Perot interferometers (EFPI) is extremely susceptible to external environmental changes. Temperature, in particular, has a remarkable influence on the optical power and wavelength of the laser diode in use, in addition to the thermal expansion of the mechanical structure. In this paper we propose an optimization of the EFPI sensor in order to use it for very long-term (more than one year) and for high-precision displacement measurements. For this purpose, a real time and adaptive estimation procedure based on a homodyne technique and a Kalman filter is established. During a sinusoidal laser diode current modulation, the Kalman filter provides a correction of the amplitude drift caused by the resultant optical power modulation and external perturbations. Besides, stationary temperature transfer operators are estimated via experimental measurements to reduce the additive thermal noise induced in the optical phase and mechanical components.
ISSN: 0733-8724

hal-00876339
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00876339
DOI : 10.1109/JLT.2012.2194476

Éditeur(s) : HAL CCSD Oxford University Press (OUP)
Résumé : International audience
Sensitive instruments like strainmeters and tiltmeters are necessary for measuring slowly varying low amplitude Earth deformations. Nonetheless, laser and fibre interferometers are particularly suitable for interrogating such instruments due to their extreme precision and accuracy. In this paper, a practical design of a simple pendulum borehole tiltmeter based on laser fibre interferometric displacement sensors is presented. A prototype instrument has been constructed using welded borosilicate with a pendulum length of 0.85 m resulting in a main resonance frequency of 0.6 Hz. By implementing three coplanar extrinsic fibre Fabry-Perot in-terferometric probes and appropriate signal filtering, our instrument provides tilt measurements that are insensitive to parasitic deformations caused by temperature and pressure variations. This prototype has been installed in an underground facility (Rustrel, France) where results show accurate measurements of Earth strains derived from Earth and ocean tides, local hydro-logic effects, as well as local and remote earthquakes. The large dynamic range and the high sensitivity of this tiltmeter render it an invaluable tool for numerous geophysical applications such as transient fault motion, volcanic strain and reservoir monitoring.
ISSN: 0956-540X

hal-01265967
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01265967
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01265967/document
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01265967/file/HCS1.pdf
DOI : 10.1093/gji/ggv358

Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : Monitoring crustal deformation during the interseismic phase when searching for earth transients requires precise instruments able to operate for very long periods. The ANR-LINES project aimed to develop three new instruments: a single-axis seismometer, a hydrostatic long base tiltmeter and a borehole pendulum tiltmeter. These three instruments benefit of an extrinsic Fabry-Pérot interferometer (EFFPI) with long optic fibers for displacement detections. Their mechanical architectures and their disposal of long fibers help these newly manufactured geophysical instruments complete their goals. The first objective of this study is to propose appropriate methods for estimating the phase of the optical path in the Fabry-Pérot cavities. A modulation of the laser diode current, followed by a homodyne demodulation of the interference signal and a Kalman filter, allow determining the phase in real time. The results are convincingwhile taking short periods measurements but require additional solutions for protection against environmental phenomena variations. The EFFPI sensor integrated in the LINES borehole tiltmeter gives it the opportunity to establish a differential measurement of the bob's oscillation thanks to three Fabry-Perot cavities. The LINES seismometer also uses the EFFPI displacement sensor to measure its coil's displacement. A description of the two instruments' mechanical structures and an analysis of the detected phenomena (slow movements, tides, earthquakes, microseisms . . . ) are part of this thesis.
Le suivi de la déformation de la croûte terrestre durant la phase intersismique pour la recherche des transitoires nécessite des instruments précis capables d'opérer pour de très longues durées. Le projet ANR-LINES a visé le développement de trois nouveaux instruments : un sismomètre mono-axial, un inclinomètre hydrostatique à longue base et un inclinomètre de forage pendulaire. Ces trois instruments profitent d'un capteur interférométrique de déplacement à longues fibres optiques du type Fabry-Pérot Extrinsèque (EFFPI). Leurs architectures mécaniques et l'utilisation de longues fibres permettent à ces instruments géophysiques nouvellement fabriqués d'atteindre les objectifs fixés. Le premier objectif de cette étude est de proposer des méthodes adaptées à l'estimation de la phase du chemin optique dans les cavités Fabry-Pérot. Une modulation du courant de la diode laser, suivie par une démodulation homodyne du signal d'interférence et un filtre de Kalman permettent de déterminer la phase en temps réel. Les résultats sont convaincants pour des mesures de courtes durées mais exigent des solutions complémentaires pour se prémunir des effets de la variation des phénomènes environnementaux. Le capteur EFFPI intégré dans l'inclinomètre de forage LINES lui offre l'opportunité d'établir une mesure différentielle de l'oscillation de la masselotte pendulée grâce à trois cavités Fabry-Pérot. Le sismomètre LINES utilise lui aussi le capteur de déplacement EFFPI pour la mesure du déplacement de sa bobine. Une description de l'architecture mécanique de ces instruments et une analyse des phénomènes détectés (mouvements lents, marées, séismes, microséismes . . . ) font partie de cette thèse.
https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00779335

tel-00779335
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https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00779335/file/Manuscript_Chawah.pdf

Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : The evolution of mountain belt piedmont is controlled by interactions between tectonics, erosion and sedimentation. To study coupling between these processes, we analyze morphometric data collected in the eastern Tian Shan piedmont (NW China) and develop a new analogue modelling technique. The modeling approach uses an experimental set-up and analog material specifically designed to study simultaneously tectonic structures (faults, folds), detailed morphology (drainage basins, channels, alluvial fans, etc.) and stratified sedimentation. Measurement techniques based on laser interferometry and image correlation are also developed to quantify the topographic and kinematic evolution of models.
Our experiments allow a new approach for the study of piedmont morphotectonic evolution. Our results indicate that tectonics mainly controls this evolution. The propagation of deformation and the formation of relief both significantly influence the development of drainage networks, the evolution of drainage basins and the formation of morphotectonic markers. Particularly, a study of alluvial fans and watershed metrics suggests that there is a dynamical equilibrium between uplift, erosion and morphology. In addition, our results show that terrace nucleation is controlled by thrust activity and hydrography adjustments. Folding of terraces responds to a homothetic deformation pattern.
This new methodology brings promising perspectives in the fields of geomorphology, seismotectonics and sedimentology.
L'évolution d'un piémont de chaîne de montagnes est contrôlée par les interactions entre la tectonique, l'érosion et la sédimentation. Pour étudier ces processus, nous avons analysé des données morphométriques issues des piémonts orientaux du Tian Shan (NW Chine) et développé un nouveau type de modélisation analogique. Cette approche utilise un dispositif et un matériau expérimental spécialement conçus pour modéliser simultanément des structures tectoniques (failles, plis), une morphologie détaillée (bassins versants, rivières, cônes alluviaux, etc.) et une sédimentation stratifiée. Des techniques de mesure optique ont été également mises en oeuvre afin de quantifier l'évolution topographique et cinématique des modèles.
Les expériences réalisées offrent une opportunité inédite d'étudier l'évolution morphotectonique d'un piémont. Nos résultats montrent que la tectonique exerce un contrôle de premier ordre sur cette évolution. La propagation de la déformation et la formation des reliefs influencent en effet significativement le développement du réseau de drainage, l'évolution des bassins versants et la formation des marqueurs morphotectoniques. En particulier, l'analyse de la morphométrie des cônes alluviaux et de leurs bassins versants suggère qu'un équilibre dynamique s'installe entre la surrection, l'érosion et la morphologie. Nos résultats montrent également que l'apparition des terrasses est guidée par l'activité des chevauchements et les adaptations de l'hydrographie. Leur modèle de plissement répond à une déformation homothétique.
Cette nouvelle approche ouvre des perspectives d'étude prometteuses en géomorphologie, sismotectonique et stratigraphie.
https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00339145

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https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00339145/file/These_Graveleau08.pdf