Quand la lumière permet de mesurer le froid

Une fibre optique est placée sur un des futurs aimants du nouvel accélérateur LHC du CERN. CERN

Conçue pour remplacer les lignes téléphoniques, la fibre optique peut aussi servir... de thermomètre. Des chercheurs du CERN sont parvenus à mesurer des températures proches du zéro absolu. Les perspectives sont immenses, d'autant que le procédé a l'avantage d'être bon marché.

«Nous travaillons sur cette technique depuis dix ans, mais jusqu’ici nous n’avions effectué que des mesures à température ambiante, explique Luc Thévenaz, maître d’enseignement et de recherche au Laboratoire de Métrologie de l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL). Le défi était de savoir comment la fibre optique allait réagir à 272 degrés sous zéro».

A ces températures en effet, les propriétés de la matière changent et personne ne savait si la fibre optique allait simplement rester transparente. «Nous avons été très surpris de voir que non seulement la lumière s’y propageait très bien, mais encore que notre procédé fonctionnait même mieux qu’à température ambiante», note Luc Thévenaz.

Faire rebondir la lumière sur le son

Le procédé en question repose sur un principe simple. La vitesse du son varie (de quelques mètres par seconde) en fonction de la température. En descendant jusque vers – 200 degrés centigrades, le son ralentit, puis à partir de cette limite, il se remet à accélérer.

Le son est une onde de pression. Lorsqu’il se propage dans le verre dont est faite la fibre optique, il en fait varier la densité en fonction de sa vitesse. Or un verre plus ou moins dense fait varier également la vitesse de la lumière qui le traverse.

On se sert donc d’un faisceau laser, dont on fait «rebondir» la lumière sur l’onde sonore. On peut ainsi mesurer des variations de vitesse. Comme la vitesse est fonction de la température, on peut déduire la seconde de la première.

La fibre optique devient thermomètre

«Le gros avantage de ce procédé, explique Luc Thévenaz, c’est que l’on obtient des mesures de température non pas en un seul point, comme avec une sonde classique, mais tout au long du trajet de la fibre optique». C’est d’ailleurs ce qui rend le système avantageux, d’autant que la fibre optique est un matériau bon marché.

Et ce n’est pas par hasard si les tests à très basses températures ont été faits au CERN. Pour son nouvel accélérateur géant, le Laboratoire européen de physique des particules aura en effet besoin d’un contrôle constant de la température des 1600 aimants qui le feront tourner. Et un seul anneau de fibre optique coûtera infiniment moins cher que 1600 sondes classiques.

Servir à contrôler les aimants de Swissmetro

Les perspectives sont immenses. Le procédé mis au point à l’EPFL a reçu le nom de DiTeSt (Distributed Strain and Temperature Monitoring System) et il a été breveté au mois de mai.

Comme il sait aussi déceler les fuites sur un tuyau, il pourrait intéresser les exploitants d’oléoducs, de plate-formes de forage, de gisements pétroliers, de décharges, de tunnels ou de barrages. Dans un avenir plus lointain, il pourrait également servir à contrôler les aimants qui propulseront Swissmetro.

Pour le commercialiser, une start-up est née l’an dernier sur le campus de l’EPFL à Ecublens. Baptisée Omnisens, elle avait déjà à son catalogue de produits un appareil à détecter les traces d’ammoniaque dans l’atmosphère. Avec ce nouveau procédé de mesure des températures, elle devrait être promise à un bel avenir.

«Trop de découvertes faites ici dorment dans des tiroirs, simplement parce que nous ne trouvons pas toujours les industriels capables de fabriquer les appareils en série avec un standard de qualité suffisamment élevé», constate Luc Thévenaz.

Un triste sort que ne connaîtra pas le DiTeSt, puisque les appareils sont produits directement par Omnisens, installée sur le Parc scientifique d’Ecublens.

Marc-André Miserez