Développement de fibres optiques et guides d'ondes infrarouges dédiés à la surveillance des sites de stockage du CO2

CO2 capture and storage is a solution to fight climate change. This work reported in this thesis, concerns infrared optical fibers and thin films development dedicated to monitoring CO2 in storage wells. Chalcogenide glasses are unique materials with a large transparency window in the mid-infrared and good rheological properties. The development of thin films belonging to the Ge-Sb-S and Ge-Sb-Se systems, prepared by RF-sputtering or pulsed laser deposition, has been described. Properties of thin films have been compared to find the best composition for the realisation of a micro-sensor. Sulphide thin films, deposited by sputtering were chosen. Dry etching was used to pattern rib and Y-junction waveguides. Different optical fiber profiles, such as single index fibers, tapered fibers or microstructured fibers, have been produced in selenide glasses. An important work on glass purification led to a low attenuation of 0.2 dB/m at 4.2 µm. A detection threshold of about 0.5 vol. %,was obtained using the infrared signal absorption between two single index fibers This technique has been adapted for a first series of measurement on site, in Sainte-Marguerite, in the Puy-de-Dôme, in natural CO2 sources.Le captage et stockage du CO2 est une solution prometteuse dans la lutte contre le réchauffement climatique mais cette technique, pour être fiable, nécessite la mise au point de méthodes de détection et d'analyse des puits. Les travaux de recherche présentés dans ce manuscrit, concernent le développement de fibres optiques et de guides d'ondes infrarouges dédiés à la surveillance des puits de stockage du CO2. Des films minces, issus des systèmes Ge-Sb-S et Ge-Sb-Se, ont été préparés par pulvérisation cathodique et ablation laser. Leurs propriétés ont été comparées pour trouver la composition la plus adaptée à un micro-capteur. Les couches sulfures déposées par pulvérisation cathodique ont été choisies pour graver des guides canalisés de type ruban et à jonction Y. Différents profils de fibres optiques tels que des fibres monoindices, effilées ou encore microstructurées, ont été réalisées en verres séléniures. Un important travail de purification a permis d'atteindre une atténuation de 0,2dB/m à 4,2µm. Un seuil de détection d'environ 0,5% vol. a alors été obtenu par absorption du signal infrarouge entre deux fibres monoindices. Cette technique a alors été adaptée pour une campagne de mesures sur un site présentant des sources naturelles en CO2