Fiber optic sensors are increasingly used to measure dynamic strain fields caused by the propagation of mechanical waves. Their low intrusiveness when embedded within a structure makes them suitable for a wide range of applications. In this paper, the feasibility of integrating fiber Bragg gratings (FBGs) into castable materials for ultrasonic applications is investigated. We employed castable polyurethane resins, which are widely used in industry due to their reproducible and durable mechanical properties. Our study began with an analysis of fiber integration by examining the 1D strain profiles of two polyurethane resins during their polymerization and also the impact of their hardening on the central wavelength value of several FBGs spectra. Subsequently, we assessed the sensitivity of FBGs to ultrasonic waves generated at 100 kHz after resin polymerization. Specifically, we explored how the fiber coating influences the rate of energy transfer from the host material to the fiber core. Our findings demonstrate that the central wavelength shift in the FBG reflectivity spectra, caused by shrinkage during resin polymerization, can reach up to 10 nm. This shift must be considered when selecting FBG wavelengths to prevent the reflectivity spectra from falling outside the permissible range of the interrogation system. We measured exploitable ultrasonic waves propagating in the resin samples. Preliminary observations suggest the presence of early arrivals, which could potentially correspond to crosstalk effects between the FBGs even though they are centered at different wavelengths. Furthermore, we show that in dynamic strain fields caused by ultrasonic wave propagation, both acrylate and polyimide coatings transmit similar amounts of energy to the fiber core. These preliminary results highlight the potential of using FBGs as ultrasonic wave sensors embedded in castable materials such as polyurethane resins.

Imagerie sismique / ultrasonore avec des fibres optiques enfouies: Dans un contexte de suivi de l’état de santé des structures, l’étude des variations internes des vitesses d’ondes mécaniques au cours du temps permet d’avoir une bonne précision sur la détection de défauts locaux au sein d’un milieu. Pour ce faire, l’utilisation de Fibres Optiques à Réseaux de Bragg (FORdB) enfouies est envisagée afin de profiter de leur faible diamètre et de leur immunité aux rayonnements électromagnétiques. Ainsi, l’objectif de la thèse est de développer un algorithme d’inversion différentielle basé sur les temps de trajet des ondes P mesurées par l’intermédiaire de FORdB enfouies, dans le but de détecter des variations locales de vitesse au sein du milieu sondé. Pour cela, un travail en amont, mêlant modélisation numérique (code de simulation SPEC2DY) et modélisation physique à échelle réduite (banc de mesure MUSC), est réalisé. Finalement, plusieurs campagnes de mesures vraies grandeurs ont été mises en place afin de tester la méthode d’imagerie développée dans des conditions de terrain. Lors de ce travail, nous avons apporté des réponses à des problématiques liées à: 1) l’enfouissement de FORdB dans une structure, 2) l’utilisation de ce capteur enfoui pour mesurer des ultrasons, 3) l’application d’une méthode d’inversion différentielle pour mesurer un contraste de vitesse d’onde P avec des FORdB enfouies et inscrit sur la même fibre optique et 4) la mise en place et la réalisation de campagnes de mesures vraie grandeur impliquant la mesure d’ondes sismiques par l’intermédiaire de FORdB enfouies