Brevet FR2435051A1 — publié le 19800328

La présente invention concerne un élément de câble sous-marin à fibres optiques pour télécommunications, comprenant des fibres optiques munies d'au moins une gaine en matériau thermoplastique. Elle concerne également un procédé de fabrication d'un tel élément de câble et un dispositif et un procédé de jonction de celui-ci à un répéteur. Les performances remarquables des fibres optiques, notamment en silice ou en verres spéciaux, doivent permettre la transmission de bandes de fréquence plus larges que celles obtenues jusqu'à maintenant avec les cibles coaxiaux à conducteurs de cuivre ou d'aluminium, avec un poids et un prix de revient plus bas. Toutefois la nécessité pour ces câbles de supporter une pression très élevée au fond de la mer après leur immersion, de pouvoir se poser au fond et sten relever sans rupture, ainsi que *'alimenter à distance de nombreux répéteurs en série (tout au moins pour les liaisons transocéaniques) n'ont pas permis jusqu'ici d'assurer de telles liaisons par des câbles à fibres optiques, en dépit de leurs avantages de principe. Un but de la présente invention est de procurer un élément de câble sous-marin qui permette des transmissions sur de larges bandes de fréquence grâce à l'emploi de fibres optiques, tout en conservant les avantages des câbles sous-marins classiques de résistance à la traction et à la compression, de téléalimentation des répéteurs, et de localisation à distance des défauts de transmission. L'élément de câble sous-marin selon la présente invention est caractérisé en ce que les fibres optiques sont disposées autour d'un élément porteur central en torons de fil d'acier à haute résistance, entouré d'un tube de métal à conductibilité électrique élevée rétreint sur les torons de fil d'acier, et en ce que lesdites fibres optiques sont elles-mêmes entourées avec un jeu de quelques millimètres d'un tube de protection étanche en matériau thermoplastique, puis d'un conducteur extérieur tubulaire de diamètre interne légèrement supérieur au diamètre externe du tube de protection, et enfin d'une gaine externe de protection étanche en matériau thermoplastique extrudée sans jeu sur le conducteur extérieur, et en ce que l'intérieur du tube de protection est rempli d'un liquide diélectrique de densité voisine de celle de l'eau. I1 comporte en-outre de préférence au moins l'une des caractéristiqués suivantes - les gaines des fibres optiques présentent un jeu de quelques dixièmes de millimètre par rapport au diamètre externe des fibres, et elles sont percées d'ouvertures permettant le passage du liquide diélectrique. légèrement supérieur au diamètre externe du tube de protection, et enfin d'une gaine externe de protection étanche en matériau thermoplastique extrudée sans jeu sur le conducteur extérieur, et en ce que l'intérieur du tube de protection est rempli d'un liquide diélectrique de densité voisine de celle de l'eau. I1 comporte en outre de préférence au moins l'une des caractéristiques suivantes - les gaines des fibres optiques présentent un jeu de quelques dixièmes de millimètre par rapport au diamètre externe des fibres, et elles sont percées d'ouvertures permettant le passage du liquide diélectrique. - les fibres optiques sont munies d'une première gaine les entourant avec un jeu de quelques microns, elle-même entourée d'une deuxième gaine présentant ledit jeu de quelques dixièmes de millimètres, et percée desdites ouvertures. - le tube de métal à conductibilité électrique élevée est un tube de cuivre soudé selon une génératrice avant sa rétreinte sur les fils d'acier. - le tube de protection est en polyéthylène et d'une épaisseur de quelques millimètres. - le conducteur extérieur tubulaire comporte des bords longitudinaux venant à recouvrement, et au moins l'une de ses faces est recouverte d'une faible épaisseur d'un matériau thermoplastique, assurant la soudure de ses bords l'un sur l'autre et son collage au tube de protection et/ou à la gaine externe lors de l'extrusion de cette dernière. - le liquide remplissant l'intérieur du tube de protection est un diarylalcane, un mélange d'hydrocarbures non saturés et d'huiles de silicone, ou un mélange d'hydrocarbures non saturés et d'hydrocarbures fluorés. L'invention s'étend aussi à un procédé de fabrication d'un élément de câble sous-marin tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'après assemblage de ses différents composants, on relie à l'une de ses extrémités l'intérieur du tube de protection à une réserve de liquide diélectrique de remplissage (24 figure 2), et en ce que l'on fait pénétrer le liquide dans l'ensemble de l'élément sous l'effet dsune différence de pression entre la réserve de liquide et l'extrémité du câble opposée à celle reliée à ladite réserve. Elle s'étend encore à un dispositif de jonction d'un répéteur à un élément de câble tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'accrochage du répéteur à l'élément porteur central, des connexions étanches de passage des fibres optiques de l'élément de câble dans le répéteur, et des moyens de fixation du conducteur extérieur du câble au répéteur. Elle s'étend enfin à un procédé de jonction d'un répéteur à un élément de câble tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce que l'on fixe une extrémité de l'élément de câble au répéteur, puis en ce que l'on introduit dans le câble par au moins un orifice au voisinage de son extrémité un appoint de liquide diélectrique pour parfaire son remplissage, puis en ce que l'on obture ledit orifice. Il est décrit ci-après, à titre d'exemple et en référence aux figures du dessin annexé, un élément de câble sous-marin à fibres optiques, un procédé de fabrication de cet élément de câble, et une jonction d'un répéteur à des éléments de câble selon l'invention. La figure 1 représente en coupe transversale un élément de câble. La figure 2 représente un dispositif d'introduction de liquide diélectrique à l'intérieur du tube de protection de l'élément de câble. La figure 3 représente un répéteur disposé entre deux éléments de câble et ses jonctions avec ceux-ci. L'élément de câble sous-marin représenté en figure 1 comporte les éléments suivants - un élément porteur central 11 formé de torons de fils d'acier à haute résistance, câblés ensemble très serrés à l'aide d'une ou plusieurs filières, et recouverts dsun tube de cuivre 12 en contact intime avec l'ensemble formant l'amie des torons, ce tube étant obtenu par application d'un ruban longitudinal le long de l'âme, repliement autour de celle-cxi, soudure en long suivant une génératrice et rétreinte sur l'amie d'acier de filières appropriées. -Cet élément central a essentiellement pour but de supporter l'effort de traction qui sera appliqué au câble sous-marin lors de la pose, tout en permettant par ailleurs le passage dans un sens des courants de téléalimentation des répéteurs et en constituant le conducteur intérieur d'un câble coaxial utilisable en haute fréquence. - une ou plusieurs fibres optiques telles que 13 à coeur de silice ou de silice dopée et gaine de silice également dopée, recouvertes chacune d'une première gaine plastique 14, par exemple en polyamide (ne laissant entre fibre et gaine plastique qu'un jeu de quelques microns), et d'une deuxième gaine 15, par exemple en polyéthylène, réalisée avec un diamètre intérieur supérieur de quelques dixièmes de millimètres au diamètre externe de la gaine de polyamide, de manière à laisser à celle-ci une certaine liberté évitant la formation de microcourbures, conformément à la demande de brevet français nO 2 352 315 du 21 mai 1976 de la demanderesse. Toutefois, dans l'élément de câble de l'invention, la deuxième gaine en polyéthylène 15 comporte des trous ou des fentes régulièrement espacés 15A, réalisés par exemple à l'aide d'une lame tournante et ayant pour but de permettre le passage de liquides à travers cette gaine. Les fibres ainsi gainées sont enroulées en hélice en une ou plusieurs couches autour de l'élément central ou "porteur", des séparations entre couches pouvant être réalisées à titre facultatif par enroulement de rubans en hélice ou extrusion de tubes de matériaux plastiques, si possible percés de trous ou fendus. - après assemblage des fibres optiques gainées autour du porteur, un tube de protection 16 en matériau plastique, par exemple en polyéthylène, est extrudé autour de l'ensemble, en laissant toutefois un jeu de quelques millimètres. Ce jeu peut être obtenu en effectuant l'extrusion par un montage "tube" de la boudineuse et refroidissement immédiat de l'extrudat à la sortie de celle-ci. Ce tube de protection de forme, si possible, circulaire, doit être étanche et présenter une épaisseur minimum de quelques millimètres. La zone 20 comprise entre le tube de protection et le tube de cuivre 12 est remplie d'un liquide diélectrique, dont la nature sera précisée ci-dessous et qui pénètre entre les premières et deuxièmes gaines de fibres optiques par les trous de ces dernières. - sur ce tube de protection 16 est placé un ruban longitudinal 17 en cuivre ou aluminium de quelques dixièmes de millimètres d'épaisseur et de largeur légèrement supérieure à la circonférence externe du tube de protection. Ce ruban est refermé autour du tube et ses bords viennent se superposer avec un léger recouvrement en 18. Ce ruban peut être avantageusement choisi du type contrecouché avec une ou deux faces recouvertes d'une faible épaisseur d'un matériau plastique, polyéthylène par exemple, de manière que lors de l'extrusion de la gaine externe les bords viennent se souder l'un à l'autre et que le conducteur extérieur ainsi formé se soudera au tube de protection et à la gaine externe. - une gaine externe de protection 19, par exemple en polyéthylène, extrudée sur le conducteur extérieur sans laisser aucun jeu. Cette gaine externe doit être étanche et épaisse de plusieurs millimètres au minimum. - éventuellement une ou plusieurs couches de fils d'acier (éventuellement gainés de néoprène ou d'un autre matériau résistant à l'abrasion) ou de feuillards d'acier peuvent être enroulées en hélice autour de la gaine plastique externe pour augmenter la résistance mécanique du câble lors de la pose au voisinage des côtes ou dans des zones dangereuses, selon la technique habituelle des câbles sous-marins. Après l'achèvement des opérations décrites ci-dessus, le câble sousmarin à fibres optiques 21, qui peut être long de plusieurs kilomètres sans joints, est relié d'un côté (figure 2) à une pompe à vide 22 et de l'autre à un réservoir 23, éventuellement sous pression, et contenant un liquide diélectrique 24 choisi pour ses bonnes propriétés électriques et sa densité voisine de l'eau, ainsi que pour son absence d'agressivité vis-à-vis des matériaux constituant le-câble : parmi les liquides utilisables, on peut citer les diarylalcanes, les mélanges d'hydrocarbures non saturés et d'huiles de silicone, les mélanges d'hydrocarbures non saturés et de fluorocarbures. Après ce remplissage de l'intérieur du câble sous-marin, qui peut durer plusieurs heures à plusieurs jours, car il ne faut laisser subsister aucune trace de gaz entre les différentes couches, le liquide devant imprégner celles-ci jusqu'à la gaine de polyamide recouvrant chaque fibre, les extrémités du câble sont obturées à l'aide de bouchons étanches en attendant le raccordement des divers tronçons ainsi réalisés aux répéteurs. Comme le montre la figure 3, ces répéteurs comportent - des moyens d'accrochage 32A, 32B, du porteur central 31A, 31B du câble au boîtier du répéteur 33. - un ou plusiers amplificateurs de transmission optique ou infrarouges 34A, 34B reliés aux fibres à travers des connexions étanches 35A, 35B. - des filtres tels que 36A, 36B permettant de séparer les courants continus ou à basse fréquence destinés à la téléalimentation, et les courants haute fréquence utilisés pour la transmission analogique ou numérique et pour la télé signalisation et la localisation des défauts de transmission. - un ou plusieurs amplificateurs de haute fréquence 37, uni- ou bi-directionnels, destinés à l'amplification des signaux électriques transmis sur le câble à la manière d'un câble coaxial ordinaire. - des moyens de fixation 38A, 38B du conducteur extérieur et éventuellement de l'armure métallique du câble au boîtier du répéteur. - des moyens d'obturation de l'espace laissé libre entre l'intérieur du câble, rempli de liquide diélectrique, et le boitier du répéteur (par exemple des bouchons étanches 39A, 39B) en vue de permettre un remplissage complémentaire de l'ensemble câble-répéteurs après le raccordement de ceux-ci. Bien que l'élément de câble, son procédé de fabrication, et son dispositif et son procédé de jonction à un répéteur qui viennent d'être décrits en référence aux figures paraissent les formes de réalisation préférables, on comprendra que diverses modifications peuvent leur être apportées sans sortir du cadre de l'invention. En particulier, les fibres optiques peuvent être munies de gaines différentes. Certains des torons de l'élément porteur central peuvent être en métal conducteur, conformément à la demande de brevet français nO 2 353 120 du 25 mai 1976 de la demanderesse. REVENDICATIONS 1/ Elément de câble sous-marin à fibres optiques pour télécommunications, comprenant des fibres optiques (13) munies d'au moins une gaine (15) en matériau thermoplastique, caractérisé en ce que les fibres optiques sont disposées autour d'un élément porteur central en torons de fil d'acier à haute résistance (11), entouré d'un tube de métal à conductibilité électrique élevée (12) rétreint sur les torons du fil d'acier, en ce que lesdites fibres optiques sont elles-mêmes entourées avec un jeu de quelques millimètres d'un tube de protection étanche en matériau thermoplastique (16), puis d'un conducteur extérieur tubulaire (17) de diamètre interne légèrement supérieur au diamètre externe du tube de protection, et enfin d'une gaine externe de protection étanche en matériau thermoplastique (19) extrudée sans jeu sur le conducteur extérieur, et en ce que l'intérieur du tube de protection est rempli d'un liquide diélectrique de densité voisine de celle de l'eau. 2/ Elément de câble sous-marin selon la revendication 1, caractérisé en ce que les gaines (15) des fibres optiques présentent un jeu de quelques dixièmes de millimètre par rapport au diamètre externe des fibres, et en ce qu'elles sont percées d'ouvertures (15A) permettant le passage du liquide diélectrique. 3/ Elément de câble sous-marin selon la revendication 2, caractérisé en ce que les fibres optiques (13) sont munies d'une première gaine (14) les entourant avec un jeu de quelques microns, elle-même entourée d'une deuxième gaine (15) présentant ledit jeu de quelques dizièmes dé millimètres et percée desdites ouvertures. 4/ Elément de câble sous-marin selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le tube de métal à conductibilité électrique élevée est un tube de cuivre soudé selon une génératrice avant sa rétreinte sur les fils d'acier. 5/ Elément de câble sous-marin selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le tube de protection (16) est en polyéthylène et d'une épaisseur de quelques millimètres. 6/ Elément de câble sous-marin selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le conducteur extérieur tubulaire (17) comporte des bords longitudinaux 18) venant à recouvrement, et en ce qu'au moins l'une de ses faces est recouverte d'une faible épaisseur d'un matériau thermoplastique, assurant la soudure de ses bords l'un sur l'autre et son collage au tube de protection et/ou à la gaine externe lors de l'extrusion de cette dernière. 7/ Elément de câble sous-marin selon l'une des revendicaions 1 à 6, caractérisé en ce que le liquide remplissant l'intérieur du tube de protection est un diarylalcane, un mélange d'hydrocarbures non saturés et d'huiles de silicone, ou un mélange d'hydrocarbures non saturés et d'hydrocarbures fluorés. 8/ Procédé de fabrication d'un élément de câble sous-marin selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'après assemblage de ses différents composants, on relie à lune de ses extrémités l'intérieur du tube de protection à une réserve de liquide diélectrique de remplissage (24, figure 2), et en ce que l'on fait pénétrer le liquide dans l'ensemble de l'élément sous l'effet d'une différence de pression entre la réserve de liquide et l'extrémité du câble opposée à celle reliée à ladite réserve. 9/ Dispositif de jonction d'un répéteur (33) à un élément de câble selon ltune des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'accrochage (32A, 32B) du répéteur à l'élément porteur central, des connexions étanches (35A, 35B) de passage des fibres optiques de l'élément de câble dans le répéteur, et des moyens de fixation (38A, 38B) du conducteur extérieur du câble au répéteur. 10/ Procédé de jonction d'un élément de câble selon l'une des revendications 1 à 7 à un répéteur, caractérisé en ce que l'on fixe une extrémité de l'élément de câble au répéteur, puis en ce que l'on introduit dans l'élément par au moins un orifice (39A, 39B) au voisinage de son extrémité un appoint de liquide diélectrique pour parfaire son remplissage, et en ce que l'on obture ledit orifice.