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PROJET DE FIN D’ETUDES
CAPTEURS CHIMIQUES A FIBRE OPTIQUE
Auteur : Olivier LISS
Élève Ingénieur, Spécialité Génie Civil, Option Construction
Tuteur Entreprise : Davy PRZYBYLA
Adjoint au chef de groupe, CETE Est, LRPC de Strasbourg, Groupe Ouvrages d’Art
Tuteur INSA : Pierre REGENASS
Professeur ENSAM. Responsable du laboratoire de Géotechnique de l'INSA de Strasbourg
depuis 1993
JUIN
2010

REMERCIEMENTS
2
REMERCIEMENTS
Ce mémoire a été réalisé au sein du Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées de Strasbourg
(LRPC) sous la direction de mon tuteur entreprise Davy Przybyla. Je tiens à lui adresser toute ma
gratitude à lui, ainsi qu’à Monsieur Hervé Cannard, qui m’ont encadré et accompagné durant mon
projet. Je tiens notamment à souligner l’aide apportée par Monsieur Hervé Cannard, pour son sens
pratique et son ingéniosité qui m’ont facilité grandement la tâche lors de mes essais.
Ma reconnaissance va également à l’ensemble du personnel du Laboratoire, et plus particulièrement
aux membres du groupe Ouvrages d’Art pour leur accueil et pour m’avoir fait découvrir leur métier
lors de visites de chantier.
Je remercie également Monsieur Pierre Regenass, qui m’a suivi tout au long de ce projet : dans un
premier temps lors du Projet de Recherche Technique (PRT) puis dans ce Projet de Fin d’Études (PFE).
Ce travail n’aurait pas pu se réaliser dans les mêmes conditions sans le travail préparatoire effectué
en PRT avec mon camarade Pierre Kastner. Je tiens à le remercier pour notre fructueuse
collaboration et pour son efficacité.
Mon mémoire est le fruit d’une recherche bibliographique complétée d’essais en laboratoires. Ces
essais ne donnant pas toujours des résultats concluants, je me suis tourné vers des spécialistes dans
le domaine et qui m’ont permis de débloquer certaines expériences. Je tiens donc à adresser ma
gratitude à Guy Alain Junter, Claude Bunel et Anja Schulz pour leur soutien et aide dans mes
recherches.

SOMMAIRE
3
SOMMAIRE
REMERCIEMENTS .............................................................................................................................. 2
SOMMAIRE ..................................................................................................................................... 3
TABLE DES ILLUSTRATIONS .................................................................................................................. 5
TABLE DES TABLEAUX ........................................................................................................................ 7
INTRODUCTION ................................................................................................................................ 8
1. LA CORROSION DES ARMATURES ................................................................................................... 9
1.1. Généralités sur la corrosion .................................................................................................... 9
1.2. Les différents types de corrosion .......................................................................................... 10
1.3. Les étapes et les sources de la corrosion .............................................................................. 11
1.4. Diagnostic du Béton Armé ..................................................................................................... 15
2. LA FLUORESCENCE ................................................................................................................... 19
2.1. Principe .................................................................................................................................. 19
2.2. Spectroscopie par Fluorescence ............................................................................................ 20
2.3. Extinction de la fluorescence par présence de l’analyte. ...................................................... 20
2.4. Les fluorophores .................................................................................................................... 21
2.5. La Lucigenine ......................................................................................................................... 23
3. CAPTEURS À FIBRES OPTIQUES .................................................................................................... 26
3.1. Principe de fonctionnement d’une fibre optique ................................................................. 26
3.2. Capteur à fibre optique ......................................................................................................... 27
3.3. Principe du système de mesure à fibres optiques étudié ..................................................... 28
4. RECHERCHE D’UN PROCEDE D’ENCAPSULATION DE LA LUCIGENINE ....................................................... 30
4.1. Composition de la matrice sol-gel ......................................................................................... 30
4.2. Pastille en Nafion ................................................................................................................... 39
5. DESCRIPTION DU CAPTEUR ......................................................................................................... 42
5.1. Principe général ..................................................................................................................... 42
5.2. Définition des Besoins ........................................................................................................... 43
5.3. Les éléments actifs ................................................................................................................ 44

SOMMAIRE
4
5.4. Conception de l’optode ......................................................................................................... 47
6. SOLUTION DE LUCIGENINE - ESSAIS EN EAU .................................................................................... 52
6.1. Objectifs................................................................................................................................. 52
6.2. Protocole Opératoire ............................................................................................................. 53
6.3. Effet du Chlorure sur la Lucigenine ....................................................................................... 54
6.4. Courbe de Calibration............................................................................................................ 55
7. CAPTEUR A FIBRE OPTIQUE - ESSAIS EN SOLUTION............................................................................ 57
7.1. Mode opératoire ................................................................................................................... 57
7.2. Stabilisation du signal ............................................................................................................ 58
7.3. Capteur avec spectre de référence ....................................................................................... 61
CONCLUSION ................................................................................................................................. 65
BIBLIOGRAPHIE .............................................................................................................................. 66

TABLE DES TABLEAUX
5
TABLE DES ILLUSTRATIONS
Fig. 1-1 : Principe de la corrosion des armatures dans le béton ............................................................. 9
Fig. 1-2 : Exemple de corrosion généralisée .......................................................................................... 10
Fig. 1-3 : Exemple de corrosion galvanique ........................................................................................... 10
Fig. 1-4 : Exemple de Corrosion par Piqures ......................................................................................... 11
Fig. 1-5 : La progression de la carbonatation ........................................................................................ 11
Fig. 1-6: Niveau d’exposition des structures et diffusion des chlorures ............................................... 13
Fig. 1-7 : Béton soumis à l’alternance de périodes sèches et humides – Traces de rouille .................. 13
Fig. 1-8 : Étapes de l’évolution de la corrosion des armatures ............................................................. 14
Fig. 1-9 : Poutre atteinte par le contact avec des sels provenant d’infiltration .................................... 15
Fig. 1-10 : Mise en évidence de la carbonatation ................................................................................. 17
Fig. 1-11 : Exemple de test de carbonatation sur site ........................................................................... 17
Fig. 2-1 : Diagramme de Jablonski ......................................................................................................... 19
Fig. 2-2 : Spectre d’émission et d’excitation ......................................................................................... 20
Fig. 2-3 : Evolution de la fluorescence suite à un photoblanchiment ................................................... 22
Fig. 2-4 : Graphe de Stern Volmer ......................................................................................................... 23
Fig. 2-5 : Structure de la Lucigenine ...................................................................................................... 23
Fig. 2-6 : Décroissance de la fluorescence de la Lucigenine ................................................................. 25
Fig. 3-1 : Structure d’une fibre optique ................................................................................................. 26
Fig. 3-2 : Différents types de fibres optiques ........................................................................................ 27
Fig. 3-3 : Capteur actif et capteur passif ................................................................................................ 28
Fig. 3-4 : Capteur à fibres optiques ....................................................................................................... 29
Fig. 4-1 : Formation de la matrice sol-gel par l’ajout de Cations Ca2+ ................................................... 31
Fig. 4-2 : Formation de la matrice sol-gel par l’ajout de Cations Ca2+ ................................................... 32
Fig. 4-3 : À gauche — Étuve utilisée lors du séchage ; .......................................................................... 33
Fig. 4-4 : Mode opératoire sur gel fluide ............................................................................................... 34
Fig. 4-5 : À gauche — Gel A+B ............................................................................................................... 35
Fig. 4-6 : Mode opératoire n°1 sur gel visqueux ................................................................................... 36