Brevet FR2470392A1 — publié le 19810529

CABLE A FIBRES OPTIQUES NOTAMMENT POUR SYSTEMES DE TRANSMISSION SOUS-MARINS La présente invention concerne un câble à fibres optiques, destiné notamment à des systèmes de transmission sous-marins, du genre comportant une âme centrale à rainures hélicoïdales continues, régulièrement échelonnées sur le pourtour de cette âme, contenant chacune au moins une fibre optique, et une gaine com- posite fermant les rainures sans exercer de pression sur lesdites fibres et comprenant une première enveloppe isolante externe entou- rant une première enveloppe métall.que contenant ladite âme centrale. Un tel câble est déjà connu par la demande de brevet francais 2.401.434. L'âme centrale est formée par un fil métallique dans lequel sont pratiquées des rainures dans chacune desquelles est lo- gé une fibre optique, comme dans un câble terrestre à fibres optiques du genre décrit dans le brevet français 2.312.788. La gaine composite comprend, outre la première enveloppe isolante en matière plastique et la première enveloppe métallique, telle qu'un ruban de cuivre servant à la téléalimentation des répé- teurs du système de transmission, un tube résistant constitué par une pluralité de couches de fils d'acier toronnés autour de l'âme centrale. Le fait que ce tube résistant entoure l'âme centrale et donc a un diamètre supérieur à celui del'âmecentrale, confère un encombrement et un poids par unité de longueur du câble relativement importants et, corollairement, limite le nombre de fibres optiques ou la capacité du câble. On connaît par ailleurs un autre type de câble à fibres optiques pour liaisons sous-marines dont la gaine composite com- prend également un "tube résistant" à fils d'acier toronnés autour de l'âme centrale. Cet autre type de câble est décrit dans l'article de F.F. Gleason, R.C. Mondello, B.W. Fellows et D.A. Hadfield, intitulé: "Design and manufacture of an experi- mental light guide cable for undersea transmission systems" nhblié dans Proceedings of the 27 Internatio WirCabe Symposium, Cherry Hill, New York, 14-16 novembre 1978, pages 385 à 389. L'âme centrale de ce câble est composée, en son centre, d'un fil d'acier autour duquel les fibres optiques sont noyées dans un matériau transmettant partiellement la pression isostatique des fonds sous-marins, tel qu'un élastomère revêtu _2 _ d'une fine enveloppe de nylon (marque déposée). Tous ces t*pes de câbles connus présentent le principal inconvénient de faire subir des contraintes importantes et mal contrôlées aux fibres optiques. La notion de tube "résistant", formé par les fils toronnés entourant l'âme centrale, est en effet difficile à considérer, compte tenu des pressions élevées mises en jeu par le milieu ambiant, de l'ordre de 600 bars. D'autre part, ce tube résistant doit aussi être très résistant à la traction et est, par suite, constitué de brins d'acier à résistance élevée, peu rationnels pour constituer le tube. L'inhomog-néité d'un tel assemblage et les déformations possibles exigent pour l'ensemble des fibres optiques des contraintes très sévères lors de la fabrication du tube, de la pose et de l'exploitation du câble. La partie porteuse du câble, constituée par les fils toronnés entourant l'âme centrale, estinévitSemei- déformée au moins lors de la pose du câble. L'expérience acquise par le demandeur au sujet des câbles de transmission terrestres à fibres optiques montre que les fibres sont extrêmement sensi- bles à de tels effets. Il en résulte, notamment, une augmenta- tion importante de l'atténuation et un risque de rupture defibres à plus ou moins long terme. En outre, le fait que le tube résistant entoure les fibres optiques.impose de limiter le diamètre de l'âme centrale et donc le nombre de fibres optiques, mais également contribue à rendre difficile la Liaison du cible avec les répéteurs et la réparation du câble en cas de rupture des fibres optiques. En outre, l'organisation interne même des éléments inclus dans le câble ne permet pas la fabrication aisée de grandes longueurs unitaires de câbles, car les opérations de gainage ou d'enrobage par extrusion en plusieurs étapes autour de fibres optiques peuvent engendrer des ruptures des fibres. Egalement, les opérations de soudure et de stockage pour les aboutements de câbles unitaires s'avèrent délicates. La présente invention a pour but d'obvier aux inconvénients des câbles précités en fournissant un câble à fibres optiques du genre décrit dans l'entrée en matière dans lequel, notamment, l'atténuation initiale des fibres optiques est conservée, la déformation due à la pose et aux fortes pressions en exploitation est négligeable au voisinage des fibres optiques et la capacité du câble est augmentée pour un diamètre externe de câble -3- prédéterminé, comparativement aux câbles connus. A cette fin, un câble de transmission à fibres optiques est caractérisé en ce que l'âme centrale est constituée centralement par un toron d'une pluralité de fils métalliques et par une enveloppe entourant lesdits fils toronnés sur le pourtour de laquelle sont ménagées lesdites rainures hélicoïdales continues. Les fibres optiques, protégées uniquement d'un fin revête- ment de quelques microns appliqué au fibrage, sont logées dans les rainures de l'enveloppe del'âme centrale. Un gel, une graisse, une poudre ou un agent gonflant remplit partiellement ou complè- tement les rainures. Le remplissage partiel a l'avantage d'éviter la transmission de la pression isostatique sur les fibres optiques logées dans les rainures. Le fait que l'envelop- pe à rainures supportant les fibres optiques soit séparée du coeur de l'âme centrale, lequel est constitué par le porteur du câble à fils toronnés, et soit de faible épaisseur, permet d'inhiber toutes déformations des fibreslors de la pose du câble. Les éventuelles déformations au voisinage des Libres ne sont localisées que dans les parties de l' enveloppe comprises entre les rainures adjacentes. Cette inhibition peut être encore améliorée, selon une autre variante, par la réalisation de l'enveloppe de l'âme en profilés sectoriaux cylindriques juxtaposés autour du toron central. Ainsi, ladéformation du porteur central est sans incidence sur les fibres optiques. De plus, la réparation du câble est aisée, en cas de rupture, par remplacement de l'enveloppe de l'âme ou de secteurs la composant. Etant donné que le toron de fils d'acier assurant par ail- leurs la résistance à la traction du câble est au centre del'âme, on conçoit que le câble conforme àl'invention contribue à des liaisons avec des tronçons de câble ou des répéteurs plus aisées et à une augmentation de la capacité en fibres optiques. Selon une autre caractéristique de l'invention, la gaine composite comprend, en outre, une seconde enveloppe métallique fermant lesdites rainures de l'enveloppe de l'âme centrale sans exercer de pression sur lesdites fibres et ule seconde enveloppe isolante entourant ladite seconde enveloppe métalque et entourée par ladite première enveloppe métallique. Les secondes enveloppes entourée par les premières enveloppes de la gaine améliorent l'étanchéité du câble, tout en protégeant les fibres optiques _4 - de l'influence de la pression isostaticue par le fait que la seconde enveloppe métallique n'est pas directement au contact des fibres mais entoure celles-ci. La seconde enveloppe est constituée de préférence par un feuillard en acier ou en cuivre. La double protection à la pénétration del'eau minimise tout risque de dégradation des caractéristiques optiques et mécani- ques des fibres optiques en cas de détérioration du câble, mais également ne requiert pas la nécessité d'un gainage épais, généralement extrudé, entourant chaque fibre. En effet, il est connu que ce gainage épais des fibres dans les câbles de l'art antérieur est le principal obstacle à un bon comportement de la fibre à la pression isostatique. Outre ceux déjà énoncés, on peut également citer les avantages suivants du câble conforme à l'invention. Pour un modèle donné, le nombre de fibres peut varier par remplissage partiel ou total des rednures de l'enveloppe métallique del'âme centrale. Il est également possible de modifier le nombre de rainures par changement de l'outillage en continu servant à usinerl'enveloppe del'âme centrale et, par suite, d'accroître ou de diminuer à volonté la capacité du cible. La fabrication de granles longueurs de câble est assurée par le rainurage en continu de l'enveloppe de l'âme et, éven- tuellement, de l'assemblage en continu par laminage ou extrusion de ses profilés sectoriaux la composant, selon des techniques proches de celles déjà mises en oeuvre pour les câbles coaxiaux sous-marins. Le raboutement par soudure de tronçons élémen- taires de câble arrête momentanément la pose de fibres, qui est également réalisée en continu au moyen de nappes de fibre provenant de la machine à fibrage de capacité généralement plus grande que les boudineuses formant le câble. Le diamètre externe final du câble est principalement fonction de celui du toron porteur central et l'épaisseur de la gaine, c'est-à-dire des première-et seconde couches isolantes, ne dépend que de critères propres à la téléalimentation des répéteurs. La téléalimentation et la télésurveillance des répéteurs sont assurées par l'enveloppe de l'âme, depr4férence métallique, dans laquelle sont ménagées les rainures et/ou par la seconde enveloppe métallique de gaine. D'autres avantages du câble selon l'invention apparaîtront - 5 - plus clairement à la lecture de la description qui suit d'exem- ples préférés de réalisation et à l'examen des dessins annexés correspondants, dans lesquels: - - la Fig. 1 est une vue en coupe de section droite d'un câble conforme à l'invention; - la Fig. 2 est une vue en coupe de section droite d'un câble selon Une autre variante de l'invention; et - la Fig. 3 est une vue en coupe montrant en détail les profilés sectoriaux de l'enveloppe de l'âme centrale du câble de la Fig. 2. Tel qu'il est représenté à la Fig. 1, un câble à fibres optiques conforme àl'invention est constitué, en son centre, par une âme centrale 1 contenant des fibres optiques 2 et, à sa périphérie, par une gaine composite 3 entourant l'âme centrale. Chaque fibre optique 2 est dotée d'une protection individuelle Z5 composée d'une fine couche, par exemple en époxy-acrylate ou en époxy, appliquée au fibrage. L'âme centrale 1 comprend centralement un toron de fils d'acier élémentaires 10 qui est entouré par une enveloppe Il, de préférence métallique, en aluminium ou en matière plastique très résistante. Les fils élémentaires toronnés 10 présentent une résistance élévée comme ceux inclus dans l'âme centrale des câbles coaxiaux sous-mamrins connus. Leurs sections peuvent être différentes, comme montré à la Fig. 1. Les fils 10 sont agencés en toron de forme circulaire compacte et donc pratiquement indéformable sous l'action de la pression des fonds sous-marins. L'enveloppe 11 a sa section droite présentant une plurali- té d'échancrures 12 régulièrement échelonnées surson pourtour. Ces échancrures 12 forment, sur toute la longueur du câble,des rainures helicondales destinées au logement des fibres 2 qui y sont déposées sans tension, ici à raison d'une fibre par rai- nure. Selon d'autres variantes, comme pour le cable divulgué dans le brevet français 2.312.788 Zpgs. 2, 4 et 5), chacune des rainures peut être prévue pour recevoir plusieurs fibres et peut suivre un tracé comportant successivement un tronçon hélicoïdal avec pas à droite, un tronçon de transition etun trcn- çon hélicoïdal avec pas à gauche, et ainsi de suite. En même temps que le dépôt des fibres 2 est effectué un remplissage total ou, de préférence, partiel comme montré à la Fig. 1, des rainures 12 par un produit 4, tel qu'une graisse _6- du genre silicone ou toute autre graisse ou gel, qui est destiné à assurer l'étanchéité du câble et à réduire les effets decon- tacts et de vibrations des fibres avec les parois de rainures. L'enveloppe 11 contribue également à assurer la réalisation aisée, par exemple par usinage, des rainures 12 destinées àrece- voir les fibres. En outre, l'enveloppe métallique 11 assure, simultanément, en tant que conducteur, lorsqu'elle est métallique, la téléalimentation et la télésurveillance des répéteurs de la voie de transmission que constitue le câble et, en tant qu'en- veloppe protectrice, une résistance à la ccmpression sufFisante pour que la partie pleine entre deux échancrures 12ne s'écrase pas sous l'effet de la pression élevée des fonds sous-marins. Selon la variante illustrée àla Fig. 1, l'enveloppe 11 estpar exemple obtenue par extrusion autour du toron porteur central lO ou par roulage et soudage selon une technique bien connue en câblerie. Dans ce dernier cas, un formage à froid dans unefuliè- re ou par des rouleaux confère un bon ancrage de l'enveloppe 11l contre le toron porteur central 10 et évite des déformations éventuelles de l'enveloppe 11. La gaine composite 3 est composée à partir de lapériphérie du cable selon l'ordre suivant coaxialementà d'une première enveloppe isolante 30, d'une première enveloppe métallique 31, d'une seconde enveloppe isolante 32 et d'une seconde enveloppe métallique 33. La seconde enveloppe 33 est par exemple constituée par un feuillard en acier ou en cuivre. Elle est destinée à la fois à fermer les rainures 12 contenant les fibres 2 et à éviter les déformations par écrasement et cisaillement de la seconde envmeloppe isolante 32, en polyéthylène par exemple. En outre, comme le produit 4 n'emplit, de préférence, que partiellement les rainu- res 12, c'est-à-dire le fond des rainures 12, sans être au contact de l'enveloppe 33, cette dernière enveloppe surplombe les fibres 2 et évite toute transmission de la pression isosta- tique sur les fibres 2. L'enveloppe 32 peut être soumise à de fortes pressions et subir des déformations excessives notamment au droit des arêtes formées par le pourtour del'enveloppell et les parois des rainures 12. Lefeui/lard enveloppant 33 a une épaisseur qui dépend de la nature des matériaux employés, mais qui reste cependant faible, de l'ordre de quelques dizièmes de -7- millimètre, ce qui évite ces déformations et assure l'immurité des fibres 2. La seconde enveloppe isolante 32 est entourée par la première enveloppe métallique conductrice 31, elle-même entourée par la première enveloppe isolante 30 en polyétbylène, comme pour les câbles coaxiaux sous-marins. La première enveloppe isolante 30 protège le câble contre toute abrasion due au frottements éventuels des roches des fonds sous-marins et contre les différentes agressions physicochimiques au cours de la pose et en exploitation. Elle présente aussi un coef- ficient de frottement compatible avec les matériels classiques utilisés pour la pose de câbles. On sait que cette partie externe du câble peut prendre différents aspects, selon l'utilisation à la cbte, en hauts fonds et en moyennes pro- fondeurs. Notamment, des renforcements extérieurs contre les agressions provoquées par des chaluts, ancres, dragues s'avèrent nécessaires et sont bien connus en cAblerie sous-marine. La Fig. 2 illustre une autres variante du câble selon l'invention qui diffère de la précédente par la constitution de l'enveloppe à rainures de l'âme centrale. L'enveloppe échancrée 11 est, dans ce cas, constituée par la juxtaposition de profilés 13,en forme de secteur cylindrique, autour du toron central 10. Ils sont de préférence en aluminium et sont obtenus par laminage ou extrusion facilitant ainsi l'obtention de rainures avec un excellent état de forme et surface et, également, un bon contr8le dimensionnel. La Fig. 3 illustre la variante déjà mentionnée, pour laquelle chaque rainure 12 contient une pluralité de fibres optiques 2, ici au nombre de cinq pour un câble à capacité élevée. Comme déjà dit, bien que la Fig. 3 soit relative à l'enveloppe 11 du type selon la Fig. 2, chaque rainure d'un câble selon la Fig. 1 peut contenir plusieurs fibres. -8 _ Revendications 1 - Câble de transmission à fibres optiques comportant une âme centrale (1) à rainures hélicoïdales continues (12), régu- lièrement échelonnées sur le pourtour de cette âme, contenant chacune au moins une fibre optique (2), et une gaine composite (3) fermant les rainures (12) sans exercer de pression sur lesdites fibres et comprenant une première enveloppe isolante externe (30) entourant une première enveloppe métallique (31) contenant ladite âme centrale (1), caractérisé en ce que l'âme centrale (1) est constituée centra- lement par un toron d'une pluralité de fils métalliques (10) et par une enveloppe (11) entourant lesdits fils toronnés O) sur le pourtour de laquelle sont ménagées lesdites rainures hélico!dales contiums (12). 2 - Câble conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe (11) de l'âme centrale (1) est obte- nue par extrusion ou par roulage et soudage autour des fils métalliques formant le toron central (10). 3 - Câble conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe (11) à rainures de l'âme centrale (1) est constituée par la juxtaposition de profilés sectoriaux cylindriques (13) autour des fils métalliques formant le toron central (10). 4 - Câble conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que les profilés sectoriaux cylindriques (13) avec une ou plusieurs rainures (12) sont obtenus par laminage ou extrusion. - Câble conforme à l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'enveloppe (11) à rainures (12) de l'âme centrale (1) est métallique. 6 - Câble conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que l'enveloppe (11) à rainures (12) de l'âme centrale (1) est en aluminium. 7 - Câble conforme à l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite gaine composite (3) comprend, en outre, une seconde enveloppe métallique (33) fermant lesdites rainures (12) de l'enveloppe (11) de l'âme centrale (1) sans exercer de pression sur lesdites fibres (2) et une seconde enve- loppe isolante (32) entourant ladite seconde enveloppe métarique (33) et entourée par ladite première enveloppe métallique (31). -9- 8 - Câble conforme à la revendication 7, caractérisé en ce qu'au moins la seconde enveloppe métallique (33) sert à la téléalimentation des répéteurs reliés par ledit câble. 9 - Câble conforme à la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que la seconde enveloppe métallique (33) est constituée par un feuillard en acier ou en cuivre. - CAble conforme à l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que la seconde enveloppe isolante (32) est en polyéthylène 11 - Câble conforme à l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que les rainures (12) sont emplies partielle- ment d'un gel, graisse ou analogue (4) maintenant lesdites fibres (2) au voisinage du fond des rainures, sans contact avec ladite seconde enveloppe métallique (33).