. / The development of high-resolution image sensors with smaller pixel sizes is facing critical issues, such as optical and electrical crosstalk, dark current and dynamic range. As part of this thesis, we addressed this issue by proposing the integration of MOS capacitor deep trench isolation (CDTI). Our studies focus on the validation of the proposal with the aim of improving performances compared to the state of the art. First, we modeled interface states Si/SiO2 and the charge in the oxide. By TCAD simulations, using our model, we were able to evaluate the main characteristics of a pixel. We have validated this approach by comparison between simulations and measurements on a 1.4μm DTI pixel. Then, we developed manufacturing processes for integrating CDTI and defined the associated key parameters. With TCAD simulations of process type, we could achieve the desired performances while keeping a short development cycle and cost. Finally, we have designed, manufactured and tested a 1.4μm CDTI pixel ; we got a very low dark current: ~ 1 aA/pixel at 60°C, which is 6 times less than the DTI pixel, and doubled saturation charge up to 12000e-. Other performances are comparable between the two types of pixels. We have demonstrated the validity of the proposed CDTI solution CDTI

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Les capteurs électroniques sont utilisés dans une grande variété de domaines afin de répondre à différents besoins dans notre société. La médecine, la robotique et les téléphones intelligents en sont seulement quelques exemples qui marquent notre quotidien. Dans le cadre du Réseau canadien du CRSNG sur l'électronique imprimée verte (GreEN) le développement de capteurs (temps, température, humidité) imprimés à base de matériaux verts pour application dans les emballages intelligents figurent parmi les principaux objectifs de ce réseau pancanadien qui regroupe des chercheurs académiques de renom et des industriels du domaine de l'impression, de l'emballage et de l'alimentation. Le développement d'une étiquette « intelligente » permettrait la trace efficace, en temps réel, de produits alimentaires sensibles en assurant l'intégrité de la chaîne de froid afin de préserver la salubrité et les qualités gustatives des aliments. Plusieurs projets sont actuellement consacrés au développement de cet emballage fonctionnel dont le miens. En effet, mon projet de maîtrise vise principalement le développement d'un capteur de température imprimé en collaboration avec l'Institut National d'Optique (INO). Le principal objectif est de remplacer la thermistance à base de poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrène sulfonate (PEDOT:PSS) actuellement utilisé dans les capteurs de température développés à l'INO par un matériau dont les propriétés seraient indépendantes de l'humidité. Pour ce faire, des nouveaux matériaux, inspirés du PEDOT, ont été synthétisés et étudiés comme thermistance. Ces matériaux sont, contrairement au PEDOT:PSS qui est une suspension, 100% soluble dans l'eau ce qui facilite grandement l'impression. Dans le cadre de ce mémoire, la formulation, l'impression et la fabrication d'un capteur de température utilisant cette nouvelle génération de PEDOT seront présentés. / Electronic sensors are used in a wide variety of fields to meet different needs in our society. Medicine, robotics and telephones are just a few examples that mark our daily lives. As part of the "NSERC-Green Electronics Network", the development of sensors (time, temperature, humidity) printed on the basis of green materials for application in smart packaging are among the main objectives of this pan-Canadian network which brings together renowned academic researchers and manufacturers in the field of printing packaging and food. The development of the "smart" label would allow the efficient, real-time trace of sensitive food products while ensuring the integrity of the cold chain in order to preserve the safety and taste qualities of food. Therefore, several projects are currently devoted to the development of this functional packaging, including mine. Indeed, my master's project mainly aims at the development of a printed temperature sensor in collaboration with the National Optics Institute (INO). The main objective is to replace the thermistor based on poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS) currently used in temperature sensors developed at INO with a material whose properties are independent of humidity. To do this, new materials, inspired by PEDOT, have been synthesized and studied as thermistors. These materials are, unlike PEDOT:PSS which is a suspension, 100% soluble in water which greatly facilitates printing. As part of this thesis, the formulation, printing and fabrication of a temperature sensor using this new generation of PEDOT will be presented.

Ces présents travaux de recherche portent sur le développement de nouveaux capteurs de déplacements à fibre optique monomode a modulation d'intensité causée par la présence de désalignements entre les fibres. À partir d'un fondement théorique rigoureux, des nouveaux principes de fonctionnement de capteurs sont développes. Des modèles analytiques d'efficacité de couplage optique entre faisceaux gaussiens sont utilisés. Un modèle basé sur une expression plus juste du mode de propagation fondamental de la fibre monomode et sur le phénomène de propagation d'un champ optique dans l'air libre est aussi développé à l'aide de la méthode de l'intégrale de recouvrement. Les performances expérimentales de deux capteurs sont évaluées et des directives de conception sont proposées. Ces capteurs sont caractérisés par un comportement linéaire, des possibilités de mesure multidimensionnelle, des performances adaptables a différentes applications et l'évitement des désavantages classiques des capteurs à modulation d'intensité. Une étude principalement théorique de quelques autres solutions est également réalisée. / The present research work relates to the development of novel fiber optic displacement sensors based on intensity modulation caused by the presence of misalignments between single-mode fibers. Starting from a rigorous theoretical base, working principles of new sensors are developed. Analytical models for the optical coupling efficiency of gaussian beams are used. A model based on a better expression of the fundamental propagation mode of single-mode fibers and on the optical field propagation phenomenon is developed using the overlap integral method. The experimental performances of two sensors are evaluated and design guidelines are proposed. These sensors are characterized by a linear behavior, possibilities of multidimensional measurement, adaptable performances to various applications and the avoidance of the classical drawbacks of intensity modulation based fiber optic sensors. A mainly theoretical study of other sensors is also achieved.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / Le sport adapté est en plein essor afin de contrer la sédentarité particulièrement présente chez les personnes vivant avec une incapacité physique. De ces sports, la course en fauteuil roulant est pilier à la culture parasportive québécoise et un des plus représentés lors des paralympiques. Il reste beaucoup de travail à faire pour diminuer les inégalités entre les ressources offertes aux athlètes avec et sans incapacités. Les athlètes de course en fauteuil ont notamment exprimé un besoin d innovation technologique pour les guider dans leur carrière athlétique. Considérant l importance de la vitesse selon les acteurs terrain et scientifiques, l analyse de celle-ci est considérée comme étant prioritaire. Les capteurs inertiels ont montré du potentiel pour répondre à ces besoins. Cependant, cette technologie est récente et leurs qualités psychométriques, jugées comme primordiales, sont quasi inexistantes dans la littérature. Le premier objectif de ce mémoire est de développer des indicateurs de la cinématique du fauteuil et de caractéristiques spatio-temporelles à base de capteurs inertiels. Le second objectif est d évaluer les qualités psychométriques (validité concurrente et fidélité test-etest) de tels indicateurs. Nous avons émis comme hypothèse que les indicateurs allaient posséder une bonne fidélité test-retest et une validité concurrente élevée avec un système optique. Après familiarisation, treize personnes sans incapacités ont effectué des accélérations maximales de 36 m sur un fauteuil roulant athlétique lors de deux visites. La cinématique a été estimée en utilisant un capteur inertiel (Physilog, Mindmaze) positionné sur le cadre et un système optique (SciencePerfo, Speedtracker). Des indicateurs ont été extraits de l accélération et de la vitesse des systèmes. La fidélité test-retest est ressortie comme modérée à bonne, tandis que 5 des 28 indicateurs ont montré une faible fidélité. Les corrélations entre les deux systèmes sont élevées à très élevées (0,78 0,99). Les résultats suggèrent que les indicateurs sont précis et soutiennent leur utilisation. / Adapted sports are increasing in popularity as a means of opposing the sedentary lifestyle that is particularly prevalent among people with physical disabilities. Of these sports, wheelchair racing is a pillar of Quebec's parasport culture and one of the most represented at the Paralympics. Much remains to be done to reduce the investment inequalities between athletes with and without disabilities. In particular, wheelchair racing athletes have expressed a need for technological innovation to guide them in their athletic careers. Considering the importance of speed according to athletes and researchers, its analysis is considered a priority. Inertial sensors have shown potential to fulfill these needs. However, this technology is recent and the psychometric properties of reported indicators, considered to be essentials, are virtually nonexistent in the scientific literature. The first objective of this master's thesis is to develop inertial sensor-based indicators of wheelchair kinematics and spatio-temporal characteristics. The second objective is to assess the psychometric qualities (concurrent validity and test-retest reliability) of such indicators. We hypothesized that the indicators would have good test-retest reliability and high concurrent validity with an optical system. After familiarization, thirteen people without disabilities performed maximum accelerations of 36m on a racing wheelchairduring two visits. The wheelchair kinematics were estimated using an IMU (Physilog, Mindmaze) positioned on the frame and an optical system (SciencePerfo, Speedtracker).Indicators were extracted from the systems' acceleration and velocity. Test-retest fidelity was found to be moderate to good, while 5 of the 28 indicators showed low fidelity. Correlations between the two systems were high to very high (0,78 -- 0,99). The results suggest that theindicators developed are accurate and support their use to assess wheelchair kinematics over a short distance.

Actuellement, les méthodes de suivi d’objet utilisent majoritairement un capteur conventionnel doté d’une fréquence de capture limitée, par exemple : une caméra couleur RGB ou un capteur RGB-D qui fournit également la profondeur à chaque pixel. Ceux-ci ne sont pas idéaux lorsque l’objet se déplace à grande vitesse car des images floues sont produites. Augmenter la fréquence de capture est la solution naïve, mais cela a comme effet d’augmenter le nombre de données capturées et la complexité d’exécution des algorithmes. Ceci cause particulièrement problème dans un contexte de réalité augmentée qui utilise des systèmes embarqués ou mobiles qui ont des capacités de calcul limitées. D’un autre côté, la popularité des capteurs événementiels, qui mesurent les variations d’intensité dans la scène, est en augmentation dû à leur faible puissance d’utilisation, leur faible latence, leur capacité d’acquisition à grande vitesse et le fait qu’ils minimisent le nombre de données capturées. Ce mémoire présente donc une méthode d’apprentissage profond de suivi d’objet à grande vitesse en six degrés de liberté en combinant deux capteurs distincts, soit un capteur RGBD et une caméra événementielle. Pour permettre l’utilisation des capteurs conjointement, une méthode de calibration temporelle et spatiale est détaillée afin de mettre en registre les images capturées par les deux caméras. Par la suite, une méthode d’apprentissage profond de suivi d’objet est présentée. Celle-ci utilise uniquement des données synthétiques à l’entrainement et utilise les deux capteurs pour améliorer les performances de suivi d’objet en 6DOF, surtout dans les scénarios à grande vitesse. Pour terminer, un jeu de données RGB-D-E est capturé et annoté à la position réelle pour chaque trame. Ce jeu de données est accessible publiquement et peut être utilisé pour quantifier les performances de méthodes futures.

Afin de garantir une mise en place adéquate au chantier ainsi que les propriétés requises à l'état durci, les producteurs de béton prêt à l'emploi doivent être capables de contrôler l'ensemble du cycle de production, du dosage des matériaux à la livraison. Les conditions météorologiques, la variabilité intrinsèque des matières premières, les conditions de livraison, ou encore le facteur humain sont autant de paramètres ayant une incidence directe sur la fluctuation des propriétés du béton à la fois à l'état frais et à l'état durci. Dans le but d'aider davantage les producteurs de béton, un système embarqué pour bétonnière a été développé depuis plus d'une dizaine d'années. Ce système aidant à assurer la qualité du béton frais s'articule essentiellement autour d'une sonde installée directement sur la paroi interne du tambour malaxeur. En plus de mesurer les mouvements du tambour, cette sonde collecte les données d'interaction avec le béton qui, une fois traitées, permettent déjà d'obtenir l'affaissement, le volume, ou encore la température du béton dans la toupie. Dans un premier temps, ce travail s'est intéressé à l'étude de l'homogénéisation du béton dans le tambour dans le cas d'une production en usine à gâchée sèche. Une fois les outils de traitement du signal mis au point, un algorithme permettant de déterminer l'atteinte de l'homogénéité en se basant sur les données mesurées par le système embarqué a été développé. À la suite de l'élaboration d'un protocole expérimental nécessaire à l'évaluation de l'homogénéité du béton produit, l'algorithme a été mis au banc d'essai au travers d'une campagne expérimentale réalisée entre autres à l'aide de la bétonnière dédiée au projet de recherche. Outre une garantie accrue de la qualité du béton, l'association du système embarqué et de l'algorithme développé participe à l'optimisation du procédé de production du béton prêt à l'emploi en usine à gâchée sèche par une rationalisation du temps et de l'énergie consacrée au malaxage. Dans un second temps, une réflexion quant à la manière d'évaluer l'homogénéisation du béton a conduit à la volonté de mettre au point un capteur basé sur une propriété jugée plus fondamentale: la densité du matériau. À la manière des nucléodensimètres, cette thèse tâche de poser les premières pierres du développement d'une nouvelle technologie de capteurs embarqués pour bétonnière utilisant la radioactivité pour la mesure de la densité. En plus de valider la technologie sur du béton frais, les travaux expérimentaux en laboratoire ont permis de déterminer les éléments techniques et l'arrangement nécessaires à l'obtention d'une précision de mesure suffisante. Outre la détermination de l'homogénéité, la mesure de la densité se révèle un outil de contrôle qualité indéniable grâce entre autres à la détection d'inhomogénéités ou encore à la mesure de la teneur en air. Finalement, face à la multiplication des données recueillies par le système embarqué, la dernière partie de cette thèse explore l'intérêt de l'utilisation des méthodes d'apprentissage automatique au travers d'une démonstration de faisabilité se concentrant sur la prédiction de l'évolution de l'affaissement au cours de la livraison. Ce travail essaie de faire ressortir les capacités de ces méthodes d'analyses récemment popularisées, mais aussi les pièges qui y sont associés. / To ensure proper concrete placement on site and targeted properties in the hardened state, ready-mixed concrete producers must be able to control the entire production cycle, from material batching to delivery. Weather conditions, intrinsic variability of raw materials, delivery conditions, or human factor are all parameters having a direct impact on the fluctuation of both fresh and hardened concrete properties, resulting in additional difficulties for producers. In order to further assist concrete producers, an on-board system for concrete truck mixers has been developed over the last ten years. This system, which helps ensure concrete quality, is essentially built around a probe installed directly on the internal wall of the drum. In addition to measuring the drum movements, this probe collects data from its interaction with concrete. This data, once processed, already offers the slump, the volume or the concrete temperature in the drum. At first, this work concentrates on the study of concrete homogenization during a dry-batch production. Once the signal processing tools were adapted, an algorithm has been developed to determine the homogeneity completion based on the data measured by the on-board system. Following the elaboration of an experimental protocol to evaluate the produced concrete homogeneity, the algorithm was put to the test through an experimental campaign using the concrete truck mixer dedicated to the research project. In addition to an increased guarantee of concrete quality, the combination of the on-board system and the developed algorithm contributes to the optimization of the ready-mixed concrete production process by a rationalization of time and energy devoted to mixing in dry-batch plants. Later, a reflection concerning the way to assess concrete homogenization led to the desire to develop a sensor based on a property considered more fundamental: the density of the material. Like nuclear gauges, this thesis laid the foundations for the development of a new on-board sensor technology for concrete truck mixers using radioactivity to measure in-drum density. In addition to validating the technology on fresh concrete, the experimental work in the laboratory helped to select the technical elements needed and the necessary arrangement to obtain sufficient measurement precision. Besides the homogeneity evaluation, density measurement proves to be an undeniable quality control tool thanks to, among other things, the detection of inhomogeneities or the measurement of concrete air content. Finally, faced with the ever-increasing amount of data collected by the system, the last part of this thesis explores the interest of using machine learning methods. The proof of concept presented focuses on predicting the concrete slump evolution during transportation from the plant to the construction site. This work highlights the capabilities of these recently popularized methods, but also the pitfalls associated with such tools.

Les réseaux de capteurs sont formés d’un ensemble de dispositifs capables de prendre individuellement des mesures d’un environnement particulier et d’échanger de l’information afin d’obtenir une représentation de haut niveau sur les activités en cours dans la zone d’intérêt. Une telle détection distribuée, avec de nombreux appareils situés à proximité des phénomènes d’intérêt, est pertinente dans des domaines tels que la surveillance, l’agriculture, l’observation environnementale, la surveillance industrielle, etc. Nous proposons dans cette thèse plusieurs approches pour effectuer l’optimisation des opérations spatio-temporelles de ces dispositifs, en déterminant où les placer dans l’environnement et comment les contrôler au fil du temps afin de détecter les cibles mobiles d’intérêt. La première nouveauté consiste en un modèle de détection réaliste représentant la couverture d’un réseau de capteurs dans son environnement. Nous proposons pour cela un modèle 3D probabiliste de la capacité de détection d’un capteur sur ses abords. Ce modèle inègre également de l’information sur l’environnement grâce à l’évaluation de la visibilité selon le champ de vision. À partir de ce modèle de détection, l’optimisation spatiale est effectuée par la recherche du meilleur emplacement et l’orientation de chaque capteur du réseau. Pour ce faire, nous proposons un nouvel algorithme basé sur la descente du gradient qui a été favorablement comparée avec d’autres méthodes génériques d’optimisation «boites noires» sous l’aspect de la couverture du terrain, tout en étant plus efficace en terme de calculs. Une fois que les capteurs placés dans l’environnement, l’optimisation temporelle consiste à bien couvrir un groupe de cibles mobiles dans l’environnement. D’abord, on effectue la prédiction de la position future des cibles mobiles détectées par les capteurs. La prédiction se fait soit à l’aide de l’historique des autres cibles qui ont traversé le même environnement (prédiction à long terme), ou seulement en utilisant les déplacements précédents de la même cible (prédiction à court terme). Nous proposons de nouveaux algorithmes dans chaque catégorie qui performent mieux ou produits des résultats comparables par rapport aux méthodes existantes. Une fois que les futurs emplacements de cibles sont prédits, les paramètres des capteurs sont optimisés afin que les cibles soient correctement couvertes pendant un certain temps, selon les prédictions. À cet effet, nous proposons une méthode heuristique pour faire un contrôle de capteurs, qui se base sur les prévisions probabilistes de trajectoire des cibles et également sur la couverture probabiliste des capteurs des cibles. Et pour terminer, les méthodes d’optimisation spatiales et temporelles proposées ont été intégrées et appliquées avec succès, ce qui démontre une approche complète et efficace pour l’optimisation spatio-temporelle des réseaux de capteurs. / Sensor networks consist in a set of devices able to individually capture information on a given environment and to exchange information in order to obtain a higher level representation on the activities going on in the area of interest. Such a distributed sensing with many devices close to the phenomena of interest is of great interest in domains such as surveillance, agriculture, environmental monitoring, industrial monitoring, etc. We are proposing in this thesis several approaches to achieve spatiotemporal optimization of the operations of these devices, by determining where to place them in the environment and how to control them over time in order to sense the moving targets of interest. The first novelty consists in a realistic sensing model representing the coverage of a sensor network in its environment. We are proposing for that a probabilistic 3D model of sensing capacity of a sensor over its surrounding area. This model also includes information on the environment through the evaluation of line-of-sight visibility. From this sensing model, spatial optimization is conducted by searching for the best location and direction of each sensor making a network. For that purpose, we are proposing a new algorithm based on gradient descent, which has been favourably compared to other generic black box optimization methods in term of performance, while being more effective when considering processing requirements. Once the sensors are placed in the environment, the temporal optimization consists in covering well a group of moving targets in the environment. That starts by predicting the future location of the mobile targets detected by the sensors. The prediction is done either by using the history of other targets who traversed the same environment (long term prediction), or only by using the previous displacements of the same target (short term prediction). We are proposing new algorithms under each category which outperformed or produced comparable results when compared to existing methods. Once future locations of targets are predicted, the parameters of the sensors are optimized so that targets are properly covered in some future time according to the predictions. For that purpose, we are proposing a heuristics for making such sensor control, which deals with both the probabilistic targets trajectory predictions and probabilistic coverage of sensors over the targets. In the final stage, both spatial and temporal optimization method have been successfully integrated and applied, demonstrating a complete and effective pipeline for spatiotemporal optimization of sensor networks.

Actuellement, les méthodes de suivi d'objet utilisent majoritairement un capteur conventionnel doté d'une fréquence de capture limitée, par exemple : une caméra couleur RGB ou un capteur RGB-D qui fournit également la profondeur à chaque pixel. Ceux-ci ne sont pas idéaux lorsque l'objet se déplace à grande vitesse car des images floues sont produites. Augmenter la fréquence de capture est la solution naïve, mais cela a comme effet d'augmenter le nombre de données capturées et la complexité d'exécution des algorithmes. Ceci cause particulièrement problème dans un contexte de réalité augmentée qui utilise des systèmes embarqués ou mobiles qui ont des capacités de calcul limitées. D'un autre côté, la popularité des capteurs événementiels, qui mesurent les variations d'intensité dans la scène, est en augmentation dû à leur faible puissance d'utilisation, leur faible latence, leur capacité d'acquisition à grande vitesse et le fait qu'ils minimisent le nombre de données capturées. Ce mémoire présente donc une méthode d'apprentissage profond de suivi d'objet à grande vitesse en six degrés de liberté en combinant deux capteurs distincts, soit un capteur RGB-D et une caméra événementielle. Pour permettre l'utilisation des capteurs conjointement, une méthode de calibration temporelle et spatiale est détaillée afin de mettre en registre les images capturées par les deux caméras. Par la suite, une méthode d'apprentissage profond de suivi d'objet est présentée. Celle-ci utilise uniquement des données synthétiques à l'entrainement et utilise les deux capteurs pour améliorer les performances de suivi d'objet en 6DOF, surtout dans les scénarios à grande vitesse. Pour terminer, un jeu de données RGB-D-E est capturé et annoté à la position réelle pour chaque trame. Ce jeu de données est accessible publiquement et peut être utilisé pour quantifier les performances de méthodes futures.

Les capteurs à fibre optique distribués (DFS) tirant parti des mécanismes de diffusion se produisant dans l’élément détecteur de fibre, à savoir la diffusion de Rayleigh, Raman et Brillouin, ont été un sujet de recherche intense au cours des trois dernières décennies. Ils offrent de nombreuses applications pratiques classées en raison des avantages inhérents, tels que la petite taille, le poids léger, la sensibilité élevée, les performances excellentes, la durabilité intrinsèque dans des environnements difficiles, l’immunité aux interférences électromagnétiques (EMI), etc. En particulier, le DFS basé sur le processus de diffusion stimulée de Brillouin (SBS), appelé analyse temporelle optique de domaine de Brillouin (BOTDA), présente la capacité potentielle de réaliser la télédétection sur de longues distances, typiquement des dizaines de kilomètres et des centaines de kilomètres récemment. La fibre optique servant non seulement d’élément de détection, mais également de moyen de guidage de la lumière, est capable de détecter divers paramètres physiques d’intérêt, tels que la température, les contraintes, les pressions et les champs acoustiques. Ces measurandes peuvent être détectés directement ou indirectement le long de la fibre entière. Les systèmes de pergélisol dans le Nord canadien sont fortement perturbés par les changements climatiques dus au réchauffement de la planète; le dégel du pergélisol affecte à son tour les environnements et les communautés. Afin de réaliser une surveillance en temps réel de la stabilité des infrastructures, un réseau de détection BOTDA doté d'un nouveau transducteur à fibre optique est proposé pour surveiller les modifications physiques, notamment les pressions interstitielles, la température et le déplacement dans le pergélisol. Le principal défi consiste à mesurer simultanément les pressions d’eau interstitielle positive et négative, et à faire la distinction entre ces measurandes au sein d’un même transducteur. Lors de la première tentative, un polymère d'hydrogel est utilisé pour construire le transducteur, qui peut se dilater ou se contracter du fait de l'absorption ou de la libération d'eau par le matériau afin de détecter les pressions positives et négatives dans la plage cible de -100 kPa à +100 kPa le long d'un pergélisol système. Une fibre multi-cœur (MCF) bien conçue, incorporée dans le transducteur polymère, sera développée dans le but ultime de disposer de fonctionnalités de détection simultanée de plusieurs paramètres. / Distributed optical fibre sensors (DOFS) taking advantage of the scattering mechanisms occurring within the fibre sensing element, i.e. Rayleigh, Raman and Brillouin scattering, have been an intense research subject over the last three decades. They offer widespread practical in-filed applications due to the inherent advantages possessed, such as small size, light weight, high sensitivity, excellent performance, intrinsic durability to harsh environment, immunity to electromagnetic interference (EMI), and so on. Particularly, the one based on stimulated Brillouin scattering (SBS) process, so-called Brillouin optical time-domain analysis (BOTDA), presents the potential capability to perform remote sensing over long distance, typically tens of kilometres and extended to hundreds of kilometres recently. Optical fibre acting as not only a sensing element but also as a light guidance medium is able to detect a variety of physical parameters of interest, such as temperature, strain, pressure and acoustic fields to name a few. These measurands can be sensed either by directly or indirectly along the whole fibre. Permafrost systems in Northern Canada are strongly disturbed by the climate changes due to global warming; the thawing permafrost is in turn affecting the environments and communities. In order to achieve real-time surveillance of the stability of infrastructures, a BOTDA sensing network with novel fibre transducer is proposed to monitor the physical changes including positive/negative pore water pressures, temperature and displacement along permafrost environments. The main challenge is to measure simultaneously the positive and negative pore water pressures and to discriminate among those measurands within a single transducer. As an initial attempt, a hydrogel polymer is deployed to build the transducer, which can expand or shrink due to water absorption or release by the material to detect positive and negative pressures in the target range of -100 kPa to +100 kilopascal along a permafrost system. A well-designed multi-core fibre (MCF) incorporated into the polymer trans