Ce mémoire de thèse est consacré à la mise en place d'un système opto-électronique générique basé sur une liaison toute optique bidirectionnelle de 10km. L'architecture étudiée et développée est dédiée à l'extension d'un observatoire câblé de fond de mer afin d'atteindre de nouvelles zones d'exploration. Les travaux de recherche rapportés dans ce manuscrit présentent la réalisation d'un démonstrateur, qui permet la récupération de données, issues d'un instrument connecté à un module opto-alimenté, via une seule fibre optique où transitent simultanément deux voies de données en bande C et la puissance optique d'alimentation (à 1480nm) égale à 33dBm permettant de récupérer 180mW électrique sur le module opto-alimenté.Le contexte de cette thèse de doctorat est présenté au travers d'un état de l'art sur les moyens utilisés pour l'observation des océans et sur les systèmes électroniques à faible consommation. Après un rappel des caractéristiques essentielles de l'architecture de la liaison optique préalablement établie, nous nous concentrons sur la structure opto-électronique qui a pour but d’assurer la communication entre l’observatoire et l’instrument déporté de l’extension. La définition du cahier des charges a abouti au choix du capteur (hydrophone), du débit des données (5Mbit/s) et du protocole de communication (SPI 3-fils) utilisé entre les deux modules opto-électroniques, chacun à une extrémité de la fibre optique. L'effort a été porté sur la conception d'un module opto-alimenté faible consommation (66mW) où s'intègre l'instrument. Tout au long de ce document, les choix technologiques retenus lors de la conception des deux modules opto-électroniques sont argumentés. Le banc d'essai du démonstrateur a permis de valider la conception de cette extension et d'évaluer la qualité de la transmission des données (BER inférieur à 10-6). Le fonctionnement d'un premier prototype destiné à être marinisé a été présenté au travers de la détection et de la transmission de signaux acoustiques générés en bassin d'essai. De manière à rendre le système encore plus générique, une solution alternative à base d'un FPGA, permettant l'utilisation d'une interface SPI 4-fils sans modifier la liaison optique a été présentée et validée. / This PhD thesis is devoted to the design of an opto-electrical and generic system which uses a 10km long all-optical and bidirectional link. The studied and developed system is dedicated to extend a current cabled seafloor observatory, in order to reach new exploration areas. The research work described in this thesis presents the development and the realization of a demonstrator. This later collects data from an instrument connected to its optically powered unit. The optical power supply (33dBm at 1480nm), which provides up to 180mW electrical for the optically powered unit, and the optical data in C band, are transmitted simultaneously through the same single optical fiber.The thesis context is first presented through an overview of ocean observation systems and low consumption electronic devices. After a brief review on the main characteristics of the optical architecture, we focused on the opto-electrical structure which permits the communication between the observatory and the remote instrument. The desired requirements have led us to the choice of the sensor (hydrophone), the data bit rate (5Mbit/s) and the communication protocol (SPI 3-Wire) used between both opto-electrical units, each one located at the both ends of the optical link. A special attention was devoted to the conception of the optically powered which must be low power consumption (66mW). All along this document, technical choices involved in the realization of both opto-electrical units are presented. We could evaluate the performance of the data transmission (BER less than 10-6) by using a demonstrator's test bench. Then, a first prototype designed for the ocean environment was presented through experimental measurements. Those tests were conducted in a test pool and have consisted in the detection of acoustic signals. In order to increase the range of compatible instruments, an alternative solution based on a FPGA was described and approved. This new design allows the SPI 4-Wire to be employed without any change of the current optical architecture.

Ce mémoire de thèse est consacré à l’étude d’une liaison tout-optique longue de 10 km dédiée à l’extension d’un observatoire câblé de fond de mer existant afin d’atteindre de nouvelles zones d’exploration. Les travaux de recherche qui y sont rapportés démontrent la faisabilité de cette liaison tout-optique entre un instrument déporté et une station terrestre avec une seule fibre optique longue de 10 km, qui transmet simultanément la puissance, nécessaire à l’alimentation de l’instrument (quelques centaines de milliwatts), et des données bidirectionnelles en temps réel.Le contexte de cette thèse est présenté au travers d’un état de l’art sur les observatoires câblés et sur la puissance sur fibre. Le choix de la fibre unique et la présence de fortes puissances optiques complexifient la mise en oeuvre de cette extension tout-optique, et sont à l’origine de l’apparition d'interactions entre l’énergie optique dédiée à l'alimentation (@1480 nm) et les données échangées (@1550 nm). Tout au long de ce document, les choix technologiques retenus sont argumentés et les effets optiques non linéaires tels que les diffusions Raman, Brillouin, Rayleigh, l’Émission Spontanée Amplifiée (ASE) sont décrits, modélisés et analysés expérimentalement. L’extension tout-optique proposée a été caractérisée à la fois en régimes statique et dynamique par des mesures du bilan de liaison, du rapport signal à bruit (SNR) et du taux d’erreur binaire (BER). Les résultats obtenus montrent la possibilité de fournir 160 mW électrique à l’instrument déporté en utilisant une source optique continue de 33 dBm sans dégrader excessivement les données bidirectionnelles transmises simultanément (BER<10-7). / This thesis is devoted to the study of a 10 km long all-optical network dedicated to extend a current cabled seafloor observatory, in order to reach new exploration areas. The research work described in this thesis demonstrates the feasibility of this all-optical link between a remote instrument and a shore station with a single 10 km long optical fiber, which simultaneously transmits the energy required to supply the instrument (several hundred milliwatts) and bidirectional data in real time.The thesis context is presented trough an analysis of the cabled seafloor observatories and of the power-over-fiber. The choice of a single optical fiber and the presence of high optical power complicate the implementation of this all-optical extension, and they cause the appearance of interactions between the optical energy dedicated to the power supply (@1480 nm) and the exchanged data (@1550 nm). Throughout this document, the technological choices are explained and the optical nonlinear effects are described, simulated and analyzed experimentally, such as Raman, Brillouin, and Rayleigh scattering and Amplified Spontaneous Emission (ASE). The proposed all-optical extension has been characterized in static and dynamic regimes with measures of the optical link budget, the Signal-to-Noise Ratio (SNR), and the Bit Error Ratio (BER). The results show the possibility to power the remote instrument with 160 mW, when using a continuous high optical laser source of 33 dBm without huge degradation of the bidirectional data transmitted simultaneously (BER<10-7).