Optimisation d`un gyroscope à fibre optique multimode.

N° d’ordre :
École Doctorale Mathématiques, Sciences de
l'Information et de l'Ingénieur
UdS – INSA – ENGEES
THÈSE
présentée pour obtenir le grade de
Docteur de l’Université de Strasbourg
Discipline : Sciences pour l’ingénieur
Spécialité Photonique et image
par
Hocine MEDJADBA
Optimisation d’un gyroscope à fibre optique multimode
Soutenue publiquement le 27/06/2011
Membres du jury
Directeur de thèse : M. Joseph Joël FONTAINE Professeur, INSA de Strasbourg
Directeur de thèse : M. Lotfy Mokhtar SIMOHAMED Professeur, EMP, Alger
Rapporteur externe : M. Abdalhamid KELLOU Professeur, USTHB, Alger
Rapporteur externe : M. Werner SCHRÖDER Professeur, Uni. des Sciences Appliquées, Offenbourg
Examinateur : M. Abdalaziz OULDALI Professeur, EMP, Alger
Examinateur : M. Sylvain LECLER Maître de conférences, Uni. de Strasbourg
Laboratoire des Systèmes Photoniques N° EA3426

Remerciements
Ce travail de thèse a été réalisé dans le cadre d’une cotutelle entre L’École Militaire
Polytechnique (EMP, Algérie) et l’Université de Strasbourg (France). Le travail
théorique et de simulation a été fait au niveau du Laboratoire des Systèmes
Electroniques et Optroniques (LSEO) de l’EMP, alors que le travail expérimental a
été réalisé au Laboratoire des Systèmes Photoniques (LSP) de l’Université de
Strasbourg (UdS, France).
Ce travail de thèse n’aurait pu être mené à bien sans l’investissement de mon école
qui a placé en moi toute sa confiance depuis ma formation d’ingénieur.
Je suis particulièrement reconnaissant à Monsieur Mohamed GOUIGAH chef de
l’UER Electronique pour son soutien et encouragement.
Je suis reconnaissant à M. Patrick MEYRUEIS qui dès le début m’a fait confiance en
acceptant de répondre à la sollicitation de mon laboratoire à l’EMP pour concrétiser
ce sujet de thèse et qui m’a fait l’honneur de m’accueillir au sein du LSP. J’adresse
également ma reconnaissance à M. Ayoub CHAKARI qui fut mon directeur de thèse
au cours des deux premières années.
Je tiens à exprimer mes plus vifs remerciements aux Professeurs Lotfy Mokhtar
SIMOHAMED, initiateur de cette thématique au niveau de l’EMP, et Joël
FONTAINE, mes deux directeurs de thèse. Je vous remercie, M. FONTAINE pour
m’avoir accordé votre confiance et accepter de m’encadrer après le départ en retraite
de M. CHAKARI.
Je remercie sincèrement mon co-encadreur, le Dr. Sylvain LECLER. C’est grâce à lui,
à son soutien et à sa persévérance que toutes les réalisations expérimentales ont pu
être menées dans le cadre de contraintes de temps définies par la durée de mes
séjours au sein du LSP. Il y a consacré un temps et une énergie proche du
dévouement.

Je tiens à remercier les différents membres du jury, pour avoir participé à l’examen
de cette thèse, les Professeurs Abdelhamid KELLOU et Werner SCHRÖDER, qui ont
accepté de remplir le rôle de rapporteurs ainsi que le Professeur Abdelaziz OULDALI
et le Docteur Sylvain LECLER qui ont accepté sans hésiter de faire partie de ce jury.
Je remercie également M. Mustapha REMOUCHE pour son appui et son soutien.
C’est lui qui a facilité mon adaptation et mon intégration au niveau du LSP.
Je tiens à remercier chaleureusement Pierre PFEIFFER, Mathieu GUILHEM et
Francis GEORGE du LSP pour leur aide.
Je souhaite souligner le rôle joué par le Professeur Michel DE MATHELIN et Elodie
BRETON pour les expériences que j’ai menées à L’IRCAD de Strasbourg.
Je remercie également mes amis pour leur soutien indéfectible lors de cette période :
les futurs docteurs Zahir MESSAOUDI, Hichem CHETTAT, Ahmed DALLIL et
Mohamed LAZOUL, Saïd SAADOUDI, Abdelmalek FERMAS.
Je salue tous les membres du Laboratoire des Systèmes Electroniques et Optroniques.
Cela va de soi, je remercie évidemment mes parents, mes soeurs et mes frères
irremplaçable et inconditionnel soutien ainsi que ma femme. Mes dernières pensées
vont à mes deux enfants en qui je porte l’espoir d’une Algérie meilleure.

I
Table des matières
Chapitre 1. Introduction 1
1.1. Contexte .......................................................................................................... 1
1.2. Technologies des gyroscopes ............................................................................ 4
1.2.1. Les gyroscopes mécaniques ........................................................................ 4
1.2.2. Les gyroscopes optiques ............................................................................. 5
1.2.3. Les gyroscope MEMS ................................................................................ 6
1.4. Critères de performances des gyroscopes .......................................................... 7
1.3. Principaux développements des gyroscopes à fibre optique .............................. 7
1.5. Applications des gyroscopes à fibre optique ...................................................... 8
1.6. Motivations et objectif du travail ................................................................... 11
1.7. État de l’art des gyroscopes à fibre optique multimode .................................. 11
1.8. Plan du mémoire ............................................................................................ 13
Chapitre 2. Le gyroscope interférométrique à fibre optique 14
2.1. Introduction .................................................................................................. 14
2.2. L’effet Sagnac ................................................................................................. 15
2.2.1. Un peu d’histoire sur l’effet Sagnac ......................................................... 15
2.2.2. Description simplifée ................................................................................ 16
2.2.3. Calcul de l’effet Sagnac par la méthode classique .................................... 17
2.2.4. Calcul de l’effet Sagnac dans le cas d’un milieu matériel ......................... 21
2.2.5. Ordre de grandeur ................................................................................... 23
2.2.6. Axe d’entrée ............................................................................................ 23
2.3. Gyroscope à fibre optique basé sur l’effet Sagnac ........................................... 25
2.3.1. Description générale ................................................................................ 25
2.3.2. Principales caractéristiques ...................................................................... 26
2.3.2.1. Intensité de sortie et réponse du gyroscope .................................... 26
2.3.2.2. Le facteur d’échelle ......................................................................... 27
2.3.2.3. La vitesse maximale sans ambiguïté ............................................... 29