Gyromètre à fibre optique

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Un gyromètre à fibres optiques (également appelé par son nom anglais : Fibre optic Gyroscope ou encore FOG) est un capteur de vitesse angulaire (gyromètre) utilisant un rayon lumineux dans une fibre optique. À la différence du gyroscope Laser les rayons ont une cohérence réduite pour éviter les interférences parasites. La lumière faiblement cohérente parcourt un circuit optique dans les deux sens, et l’interférence ne va concerner que les rayons qui ont quasiment le même chemin optique, sur quelques franges seulement, et va dépendre de la vitesse de rotation de l’ensemble.

Fonctionnement[modifier | modifier le code]

Article connexe : Effet Sagnac.
Schéma de principe

Dans une explication simple, deux rayons de lumière incohérente parcourent la fibre dans des directions opposées. À cause de l’effet Sagnac, le parcours du rayon allant dans le sens inverse de la rotation est plus court que celui de l’autre rayon. On a ainsi un déphasage à l’intersection des rayons et l’intensité de la lumière résultante dépend de la rotation de l’ensemble.

En réalité l’explication de ce phénomène doit faire intervenir la relativité. Même si celle-ci ne s’applique pas entre deux référentiels en rotation, la relativité est le cadre correct pour vérifier que l’effet Sagnac est purement géométrique. On pourra par exemple faire le calcul par analogie entre la force de Coriolis et la force magnétique[1], ou bien se placer dans le référentiel tangent de chacun des trois miroirs pour appliquer les lois de réflexion de Descartes, passant de l’un à l'autre par effet Doppler[2].

Le développement des fibres optiques monomode à faibles pertes au début des années 70 pour l’industrie des télécommunications a permis aux gyromètre à fibre optique de se développer. Ils utilisent une diode électroluminescente ou une fibre erbium fonctionnant comme des lasers frustrés (il manque un miroir pour laser) avec un miroir semi-réfléchissant qui va diriger la lumière dans les deux sens dans une fibre optique enroulée dans plusieurs tours. Le premier gyromètre à fibre optique fut présenté aux États-Unis par Vali et Shorthill en 1976[3]. Le développement de ces gyromètres se poursuit dans un certain nombre d’entreprises ou d’organismes autour du monde. Le gyromètre à fibre optique est en général asservi à la frange principale par un modulateur de phase agissant en système de rétroaction, la mesure étant donnée par la phase que doit ajouter le modulateur pour compenser l’effet Sagnac. C'est un « gyromètre à fibre optique en boucle fermée ».

Utilisation[modifier | modifier le code]

Ces gyromètres sont utilisés en avionique, dans le spatial, la télévision ou l’automobile dans de nombreuses applications de stabilisation de plates formes etc[4]. Ils peuvent être couplés avec des GPS, ou être utilisés seuls dans le cas ou ces derniers ne peuvent pas fonctionner (sous la mer ou dans l’espace)[3].

L’information donnée par le gyromètre est extrêmement précise, et contrairement au gyroscope classique il n’a pas d’inertie ni de partie mobile.

Les gyrolasers ont un meilleur facteur d’échelle mais sont moins performants autour de zéro (ce qui peut être résolu en introduisant des perturbations mécaniques ou magnétiques). Ils ont surtout un bruit (Marche Aléatoire Angulaire) bien supérieur à cause de la granularité des photons. La technologie des fibres apporte l’avantage d’avoir des pièces plus compactes. Leur précision va de quelques degrés par heure au millième de degré par heure, comme par exemple pour équiper les satellites Pléiades (à titre de comparaison la rotation de la Terre est de l’ordre de 15°/h).

Un gyromètre à fibre de performance moyenne (0.1°/h) coûte environ 10 000 euros[3].

Fabricants[modifier | modifier le code]

Notes et références[modifier | modifier le code]

Annexes[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]