Academic literature on the topic 'Rétrodiffusion Rayleigh'

Les travaux présentés ici visent à améliorer la compréhension des impacts des aérosols sur le climat et la qualité de l’air et des interactions entre les aérosols et la vapeur d’eau. Pour répondre à ces enjeux scientifiques, de nouveaux moyens de télédétection active par lidar ont été développés, qui permettent la mesure des propriétés optiques des aérosols et du rapport de mélange en vapeur d’eau dans la basse et moyenne troposphère. Les études sur les propriétés optiques des aérosols ont été menées à partir du lidar à rétrodiffusion Rayleigh-Mie développé initialement par le LSCE et du lidar Raman-N2 développé dans le cadre de cette thèse en collaboration avec la société Leosphère. Elles ont permis de mieux caractériser les aérosols de pollution lors de la campagne été du programme MEGAPOLI (juillet 2009), les poussières désertiques lors de la campagne intensive du programme FENNEC (juin 2011), les feux de biomasse et les sels de mer lors des campagnes MACAMOZ (avril-mai 2009) et KAMASUTRA (août-septembre 2009) à bord du Marion Dufresne et les aérosols volcaniques émis lors de l’éruption de l’Eyjafjallajökull (avril-mai 2010). Une estimation des concentrations massiques en particules a pu être réalisée dans le panache de pollution parisien à partir des mesures de la campagne MEGAPOLI et dans le panache de cendres volcaniques de l’Eyjafjallajöjull grâce aux mesures au sol et aéroportées. Ces résultats montrent l’intérêt d’un réseau de lidars dans le domaine de la qualité de l’air pour l’amélioration des prévisions des modèles de chimie-transport par assimilation des profils de concentrations massiques. Le développement d’un lidar Raman vapeur d’eau, permettant la mesure du rapport de mélange en vapeur, ouvre également de nouvelles perspectives sur l’étude des interactions entre les aérosols et l’eau et en particulier sur l’hygroscopicité des aérosols.

Aujourd’hui, trois technologies distinctes et complémentaires sont disponibles pour réaliser des mesures réparties de température, de déformation ou de vibration grâce à l’analyses des rétrodiffusion Raman, Brillouin et Rayleigh. Les besoins industriels actuels se portent sur la mesure répartie de déformation pour des infrastructures avec de longs linéaires, comme les canalisations, pour lesquelles une cartographie linéaire et en temps réel de leur état est demandée. Nous nous focalisons alors sur la conception d’un système de mesure Brillouin capable de mesurer de manière répartie et dynamique les déformations subies par une fibre optique. La méthode employée sera celle du flanc de frange ; elle a déjà été développée et expérimentée sur une architecture opto-électronique de type analyseur Brillouin (Brillouin-OTDA), nécessitant l’accès aux deux extrémités de la fibre optique. Dans notre cas, elle est implémentée sur une architecture fonctionnant en réflectométrie. Les résultats expérimentaux obtenus seront caractérisés et validés par la simulation des mesures de la déformation et du déplacement d’une canalisation supportée entre deux appuis simples ; un modèle mécanique, adapté à cette configuration et transposable sur des projets réels, est développé. Par le biais de partenaire industriels de Cementys, ce modèle est utilisé dans deux projets de surveillance de canalisation d’hydrocarbures dont les moyens d’installation et la finalité sont différents
Today, three distinct and complementary technologies are available for distributed temperature, strain or vibration measurements with the analysis of Raman, Brillouin and Rayleigh backscattered light. Current industrial needs are distributed strain measurements for linear infrastructures, such as pipelines, for which linear and real-time strain distribution is required. The research work aims to design a new distributed and dynamic strain measurement system based on the analysis of spontaneous Brillouin backscatter by reflectometry. Slope assisted technique is used to accelerate the measurement acquisition, currently limited to static events because of their actual principle of sweep frequency acquisition of the Brillouin backscattering spectrum. The experimental results are characterized and validated by the simulation of the measurements of the deformation and displacement of a pipe supported between two simple supports. A mechanical model, adapted to this configuration and transposable on real projects, is developed. Through Cementys industrial partner, this model is then used for two monitoring project of pipelines with different installation facilities and purpose

Aujourd’hui, trois technologies distinctes et complémentaires sont disponibles pour réaliser des mesures réparties de température, de déformation ou de vibration grâce à l’analyses des rétrodiffusion Raman, Brillouin et Rayleigh. Les besoins industriels actuels se portent sur la mesure répartie de déformation pour des infrastructures avec de longs linéaires, comme les canalisations, pour lesquelles une cartographie linéaire et en temps réel de leur état est demandée. Nous nous focalisons alors sur la conception d’un système de mesure Brillouin capable de mesurer de manière répartie et dynamique les déformations subies par une fibre optique. La méthode employée sera celle du flanc de frange ; elle a déjà été développée et expérimentée sur une architecture opto-électronique de type analyseur Brillouin (Brillouin-OTDA), nécessitant l’accès aux deux extrémités de la fibre optique. Dans notre cas, elle est implémentée sur une architecture fonctionnant en réflectométrie. Les résultats expérimentaux obtenus seront caractérisés et validés par la simulation des mesures de la déformation et du déplacement d’une canalisation supportée entre deux appuis simples ; un modèle mécanique, adapté à cette configuration et transposable sur des projets réels, est développé. Par le biais de partenaire industriels de Cementys, ce modèle est utilisé dans deux projets de surveillance de canalisation d’hydrocarbures dont les moyens d’installation et la finalité sont différents
Today, three distinct and complementary technologies are available for distributed temperature, strain or vibration measurements with the analysis of Raman, Brillouin and Rayleigh backscattered light. Current industrial needs are distributed strain measurements for linear infrastructures, such as pipelines, for which linear and real-time strain distribution is required. The research work aims to design a new distributed and dynamic strain measurement system based on the analysis of spontaneous Brillouin backscatter by reflectometry. Slope assisted technique is used to accelerate the measurement acquisition, currently limited to static events because of their actual principle of sweep frequency acquisition of the Brillouin backscattering spectrum. The experimental results are characterized and validated by the simulation of the measurements of the deformation and displacement of a pipe supported between two simple supports. A mechanical model, adapted to this configuration and transposable on real projects, is developed. Through Cementys industrial partner, this model is then used for two monitoring project of pipelines with different installation facilities and purpose

Répondant à une demande croissante de connectivité entre les individus, entre les pays et par conséquent entre les continents, les fibres optiques de télécommunications sont déployées dans le monde entier. Les continents comme les océans sont désormais quadrillés par ces réseaux dont l'importance stratégique n'est plus à démontrer. De manière plus générale, les fibres optiques sont une alternative aux capteurs électrodynamiques de vibrations, avec un atout majeur : la possibilité de détecter et localiser des phénomènes indépendants tout au long de la fibre, bien au-delà de la simple détection de ruptures de fibres et allant jusqu’à la reconnaissance de multiples signatures audio voire de la parole. Cette thèse a pour but d'étudier finement la rétro-diffusion Rayleigh dans les fibres optiques, qui permet de capter de l'information induite par des perturbations mécaniques tout le long d'une fibre. Nous étudions le potentiel des fibres optiques en tant que microphones distribués, en terme de bande passante mécanique et de sensibilité. Nous décrivons le système d'interrogation des capteurs à fibre distribués, et proposons la modélisation d'un tel interrogateur en tenant compte du multiplexage des signaux sur deux axes orthogonaux de polarisation lors de la propagation dans la fibre. Nous étudions la problématique de l'évanouissement dans la fibre : à la fois l'évanouissement de polarisation que nous parvenons à annuler grâce à la méthode d'interrogation Coherent-MIMO, et l'évanouissement cohérent que nous proposons de diminuer en recourant à une interrogation multi-porteuses électronique. Différents résultats de mesure sont également présentés dans cette thèse : nous validons le seuil de distinction du système d'interrogation sur quelques kilomètres de fibre monomodes de télécommunications, puis, sur des dizaines de kilomètres de fibres incluant des câbles déployés, nous validons la pertinence d'un système de captation par segment de fibres dans les réseaux télécom à haut débit, ouvrant ainsi la voie à des systèmes de télémétrie évoluée dédiés aux réseaux optiques de demain
Telecommunication fibres are being deployed all over the world, connecting distant people, institutions, companies with an outstanding quality of service in terms of data rate and latency. Their strategic value in terms of global economy and daily life is now undeniable. Monitoring such an infrastructure has become mandatory, and that far beyond the standard case of breaks localization. From a broader standpoint, optical fibres are an alternative to electro-dynamic point sensors, with a strong asset: the capability to detect and localize multiple independent phenomena all along a fibre. Thus, the millions of kilometers of currently deployed optical fibre around the world constitute a huge potential base of sensors. Distributed vibration sensors have a huge potential regarding sensing of dynamic events, detecting of multiple acoustic signatures up to speech signals. In this thesis, we show how distributed optical fibre sensors can be designed on top of telecommunication fibres, namely standard single mode fibres, and we explore their potential in terms of reach, detection threshold, and sensing bandwidth. We present the interrogator systems for distributed fibre sensing and build a dual-polarization numerical model of such an interrogation system and fibre sensor. Secondly, we tackle the coherent fading issue by means of frequency diversity in the digital domain, i.e. directly applicable at the modulation of the interrogation sequences, before entering the optical domain. We developed MIMO-OFDM which retrieves independent channel estimations from a single fibre segment; the estimations are further combined, and the obtained estimations are assessed with regards to the reliability metric. Throughout this thesis, many experimental measurements were conducted, assessing the capabilities of the Coherent-MIMO interrogator on single-mode-fibre sensors in terms of reach, bandwidth, and detection threshold. We also demonstrate the co-propagation of a sensing signal along with high data rate channels, without any impact on the transmitted data, paving the way to the enhanced monitoring and telemetry in deployed telecommunication networks

Les composites à matrice cimentaire et renforts textiles, du fait de leur compatibilité mécanique, environnementale et esthétique, sont utilisés sur une large échelle pour la réhabilitation et le renforcement du patrimoine bâti et des ouvrages du génie civil. Sous l'effet de sollicitations mécaniques ou environnementales, les phénomènes d'interaction et d'endommagement entre le renfort textile et la matrice cimentaire s'avèrent plus complexes que dans le cas des composites à matrice polymères. Celles-ci sont liées principalement au comportement fissurant du composite, à la nature fragile de la matrice et à l'adhérence renfort/matrice à prépondérance mécanique. Plus particulièrement, la connaissance et la compréhension des mécanismes de transfert de charge à l'interface renfort/matrice et l'initiation des fissures restent des verrous scientifiques majeurs.Les techniques de mesure classiques utilisées pour la caractérisation du comportement mécanique des composites à matrice cimentaire (extensomètres mécaniques, corrélation d'image digitale, etc.) sont en mesure de donner des informations sur l'état de déformation et de contrainte de la surface du corps d'épreuve. Les différents mécanismes de sollicitation et de dégradation des composants (renfort, matrice, interface) sont déduits en utilisant les approches de la mécanique des milieux continus et de la rupture.Dans ce contexte, ce travail a pour finalité la mise en place et l'adaptation d'un système de mesure intégrable à l'intérieur des composites : capteurs à base de fibres optiques distribuées. Cette technique de mesure est couplée à la corrélation d'image digitale et des jauges en surface des composites. L'objectif principal est d'analyser plus finement les paramètres mécaniques à l'échelle micro et les mécanismes de transfert de charge, d'initiation et de propagation de fissures, ainsi que les mécanismes d'endommagement. Sur la base d'essai de traction uni-axiale couplé à l'instrumentation choisie, une méthodologie d'identification de lois locales d'interaction renfort/matrice est mise en œuvre. La finalité du travail de thèse sera, grâce à ces lois locales, de déterminer les paramètres matériels du composite (longueur de transfert de charge, contrainte de cisaillement à l'interface renfort/matrice, etc.), et l'établissement des paramètres mécaniques caractéristiques du comportement local (fissuration, endommagement, comportement des interfaces, etc.) et global (lois de comportement, ouverture des fissures). Neuf configurations sont testées et analysées dans ce travail : deux types de matrice, deux types de renfort textile et trois taux de renfort. L'adaptation du protocole expérimental et la fiabilité des résultats obtenus sont validées. Le comportement global et local du composite, de la matrice, du textile et de l'interface sont mesurés et analysés. La longueur de transfert de charge, la contrainte de cisaillement à l'interface textile/matrice, l'endommagement de l'interface et l'ouverture des fissures sont quantifiés et discutés. Les effets du taux de renfort, du type de la matrice et du textile, des paramètres mécaniques et géométriques du composite sur sa réponse mécanique en traction sont identifiés et évalués. Ces résultats sont utilisés pour le perfectionnement et/ou le développement des modèles mécaniques du comportement en rigidité et à la rupture des composites à renfort textile et matrice cimentaire
Due to their mechanical, environmental and aesthetic compatibility, textile reinforced cementitious matrix composites are used on a large scale for rehabilitation and reinforcement of the built heritage and civil engineering structures. Under the effect of mechanical or environmental loads, the phenomena of interaction and damage between the textile reinforcement and the cementitious matrix are more complex than in the case of polymer matrix composites. These are mainly related to the cracking behaviour of the composite, the fragile nature of the matrix and the behaviour of the reinforcement/matrix bond. In particular, knowledge and understanding of the load transfer mechanisms at the reinforcement/matrix interface and crack initiation remain a major scientific challenge.Conventional measurement techniques used to characterise the mechanical behaviour of cementitious matrix composites (mechanical extensometers, digital image correlation, etc.) are able to provide information on the strain and stress state at the surface of a tested specimen. The different mechanisms of internal forces and degradation of the components (reinforcement, matrix, interface) are deduced using approaches of continuum and fracture mechanics.In this context, this work aims at implementing and adapting a measurement system that can be integrated into the core of composites: distributed optical fibre sensors. In order to check its reliability, this measurement technique is coupled with classical extensometer technics such as strain gauges implemented on the surface of the composites and digital image correlation. The main objective is to analyse more precisely the mechanical parameters at the micro scale and the load transfer mechanisms, crack initiation and propagation as well as damage mechanisms. On the basis of uni-axial tensile tests, coupled with the chosen instrumentation, a methodology for identifying local laws of reinforcement/matrix interaction is implemented. The aim of the thesis work is, using these local laws, to determine the micro-mechanical parameters of the composite (load transfer length, shear stress at the reinforcement/matrix interface, etc.) and to establish parameters characteristic of the local and global behaviour (cracking pattern and crack opening, damage indicators, constitutive equations, etc.). Nine configurations are tested and analysed in this work: two types of matrix, two types of textile reinforcement and three reinforcement ratios. The adaptation of the experimental protocol and the reliability of the results obtained are validated. The global and local behaviour of the composite, matrix, textile and their interface are measured and analysed. Load transfer length, shear stress at the textile/matrix interface, interface damage and crack opening are quantified and discussed. The effects of reinforcement ratio, matrix and textile type, mechanical and geometrical parameters of the composite on its mechanical tensile response are identified and evaluated. These results are used for the refinement and/or development of mechanical models of the stiffness and fracture behaviour of textile and cement-matrix reinforced composites

L’agrégation érythrocytaire est le principal facteur responsable des propriétés non newtoniennes sanguines pour des conditions d’écoulement à faible cisaillement. Lorsque les globules rouges s’agrègent, ils forment des rouleaux et des structures tridimensionnelles enchevêtrées qui font passer la viscosité sanguine de quelques mPa.s à une centaine de mPa.s. Cette organisation microstructurale érythrocytaire est maintenue par des liens inter-globulaires de faible énergie, lesquels sont brisés par une augmentation du cisaillement. Ces propriétés macroscopiques sont bien connues. Toutefois, les liens étiologiques entre ces propriétés rhéologiques générales et leurs effets pathophysiologiques demeurent difficiles à évaluer in vivo puisque les propriétés sanguines sont dynamiques et fortement tributaires des conditions d’écoulement. Ainsi, à partir de propriétés rhéologiques mesurées in vitro dans des conditions contrôlées, il devient difficile d’extrapoler leurs valeurs dans un environnement physiologique. Or, les thrombophlébites se développent systématiquement en des loci particuliers du système cardiovasculaire. D’autre part, plusieurs études cliniques ont établi que des conditions hémorhéologiques perturbées constituent des facteurs de risque de thrombose veineuse mais leurs contributions étiologiques demeurent hypothétiques ou corrélatives. En conséquence, un outil de caractérisation hémorhéologique applicable in vivo et in situ devrait permettre de mieux cerner et comprendre ces implications. Les ultrasons, qui se propagent dans les tissus biologiques, sont sensibles à l’agrégation érythrocytaire. De nature non invasive, l’imagerie ultrasonore permet de caractériser in vivo et in situ la microstructure sanguine dans des conditions d’écoulements physiologiques. Les signaux ultrasonores rétrodiffusés portent une information sur la microstructure sanguine reflétant directement les perturbations hémorhéologiques locales. Une cartographie in vivo de l’agrégation érythrocytaire, unique aux ultrasons, devrait permettre d’investiguer les implications étiologiques de l’hémorhéologie dans la maladie thrombotique vasculaire. Cette thèse complète une série de travaux effectués au Laboratoire de Biorhéologie et d’Ultrasonographie Médicale (LBUM) du centre de recherche du Centre hospitalier de l’Université de Montréal portant sur la rétrodiffusion ultrasonore érythrocytaire et menant à une application in vivo de la méthode. Elle se situe à la suite de travaux de modélisation qui ont mis en évidence la pertinence d’un modèle particulaire tenant compte de la densité des globules rouges, de la section de rétrodiffusion unitaire d’un globule et du facteur de structure. Ce modèle permet d’établir le lien entre la microstructure sanguine et le spectre fréquentiel du coefficient de rétrodiffusion ultrasonore. Une approximation au second ordre en fréquence du facteur de structure est proposée dans ces travaux pour décrire la microstructure sanguine. Cette approche est tout d’abord présentée et validée dans un champ d’écoulement cisaillé homogène. Une extension de la méthode en 2D permet ensuite la cartographie des propriétés structurelles sanguines en écoulement tubulaire par des images paramétriques qui mettent en évidence le caractère temporel de l’agrégation et la sensibilité ultrasonore à ces phénomènes. Une extrapolation menant à une relation entre la taille des agrégats érythrocytaires et la viscosité sanguine permet l’établissement de cartes de viscosité locales. Enfin, il est démontré, à l’aide d’un modèle animal, qu’une augmentation subite de l’agrégation érythrocytaire provoque la formation d’un thrombus veineux. Le niveau d’agrégation, la présence du thrombus et les variations du débit ont été caractérisés, dans cette étude, par imagerie ultrasonore. Nos résultats suggèrent que des paramètres hémorhéologiques, préférablement mesurés in vivo et in situ, devraient faire partie du profil de risque thrombotique.
The aggregation of erythrocytes is the main determinant of blood non Newtonian behaviour under low shearing flow conditions. When red blood cells (RBCs) aggregate, they form « rouleaux » and complex tridimensional structures that increase blood viscosity from a few mPa.s to a hundred mPa.s. The reversible RBC aggregation phenomenon is attributed to weak adhesive links between erythrocytes that are readily broken by increasing flow shearing. Blood bulk rheological properties have been comprehensively studied. However, the in vivo physiological impacts of abnormal clustering of RBCs are more difficult to assess. Clinical studies have identified altered hemorheology as a risk factor for thrombosis, but a clear etiological relationship between abnormal aggregation and thrombosis has not yet been established, in part because clinical conclusions were derived from correlative findings. It is to note that cardiovascular diseases such as deep venous thrombosis generally occur at specific locations within the vascular bed, suggesting a hemodynamic contribution to the development of this disease. Consequently, it is postulated that in vivo hemorheological characterization may help shed some light on the role of RBC hyper-aggregation on cardiovascular disorders. Ultrasound imaging, a non-invasive method relying on the propagation of mechanical waves within biological tissues, is sensitive to RBC aggregation. Indeed, the study of backscattered waves allows characterizing blood microstructure in vivo and in situ under physiological flow conditions. The work described in this thesis is based on prior simulation studies, performed at the Laboratory of Biorheology and Medical Ultrasonics of the University of Montreal Hospital Research Center, in which the backscattering of ultrasound from aggregating RBCs was modeled by considering a particle scattering strategy. In this approach, each RBC is a weak ultrasound scatterer (Born assumption) and the backscattering coefficient is modeled as the product of the RBC number density, the RBC backscattering cross section and a structure factor. This model relates variations in the backscattering coefficient to the RBC spatial organisation through the structure factor, which is the only parameter that changes during the aggregation process. A second order expansion in frequency of the structure factor was used to describe blood microstructure in terms of a packing factor W and an ensemble averaged aggregate diameter D. The model was first presented and validated by considering a homogenous shear flow condition using three broadband mono-element transducers. It was then extended in 2D to allow computation of parametric images in tube flow. An extrapolation based on the assumption that viscosity is related to the level of aggregation was used to compute local viscosity maps. Finally, a last contribution was the demonstration that a sudden increase in aggregation tendency directly promoted the formation of venous thrombosis in an experimental animal model. In that study, RBC aggregation, thrombus formation and flow variations were monitored longitudinally for two weeks using ultrasound. The results reported in this thesis suggest that rheological parameters on RBC clustering, ideally assessed in vivo and in situ, should be included in thrombosis risk profiling.