Brevet FR2484656A1 — publié le 19811218

La présente invention concerne une borne intermédiai- re pour transmission optique et, plus particulièrement, une borne intermédiaire destinée à être accouplée à un répéteur sous-marin. Une borne intermédiaire du type décrit sert'à sup- porter un câble à fibre optique connecté à un répéteur sous- marin. Une telle borne doit être étanche à l'eau et à l'air de façon à protéger le répéteur des détériorations dues à l'humidité. Avec une.borne intermédiaire classique, un câble à fibres optiques-doit être traité et revêtu d'une couche métal- lique dans des conditions strictes et avec beaucoup de soin, de façon à obtenir- une étanchéité uniforme à l'eau et à l'air, comme cela sera décrit ultérieurement en liaison avec les figures des dessins d'accompagnement. Lorsque le nombre de câbles à fibre optique supporté par une borne intermédiaire augmente, il devient difficile de positionner les câbles dans la borne pour que leur écartement soit précis. Un objet de la présente invention est par conséquent une borne intermédiaire qui soit étanche à l'eau et à l'air même lorsqu'un câble à fibre optique n'est pas traité avant d'être monté dans la borne. Un autre objet de la présente invention est une bor- 2. ne intermédiaire du type décrit, qui soit capable de répon- dre facilement à l'accroissement du nombre de câbles à fibre optique. Un autre objet de la présente invention est une bor- ne intermédiaire du type décrit o les câbles à fibre opti- que sont séparés suivant un écartement précis les uns entre les autres même lorsque leur nombre augmentent. Une borne intermédiaire selon la présente invention permet un support étanche d'au moins un câble à fibre optique ayant des caractéristiques optiques prédéterminées. Selon la présente invention, la borne intermédiaire comprend un tube constitué d'un premier métal ayant une surface cylindrique intérieure qui définit un espace cylindrique creux. Le premier métal a un premier coefficient de dilatation. La borne com- prend une tige constituée d'un second métal ayant une surface cylindrique extérieure, qui est reçue suivant un montage ser- ré dans l'espace cylindrique creux, une interface étant for- mée par les surfaces cylindriques intérieures et extérieures. Le second métal a un coefficient de dilatation inférieur à celui du premier métal. La borne comprend en outre un moyen de guidage du câble à fibre optique le long de l'interface, avec un interstice laissé autour d'au moins une partie du câble guidé par le moyen de guidage et une certaine masse de soudure remplissant l'interstice de façon à fixer ensemble le tube et la tige. La soudure a un troisième coefficient de dilatationqui est choisi en fonction du premier coefficient de dilatation et de la température de fusion de façon à ne pas influencer sensiblement les'caractéristiques optiques pré- déterminées. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci- joints dans lesquels La figure 1 est une vue en coupe axiale d'un répé- teur sous-marin auquel des bornes intermédiaires classiques sont fixées; La figure 2 représente une vue en coupe axiale, à grande échelle, d'une borne intermédiaire classique soumise à une pression hydraulique d'un certain sens; 3. La figure 3 est une vue semblable d'une borne intermé- diaire selon un mode de réalisation particulier de la pré- sente invention., La figure 4 est une vue en coupe axiale d'un tube uti- lisé dans la borne intermédiaire représentée en figure 3; La figure 5 est une vue en bout du tube représenté en figure 4; La figure 6 est une vue en coupe axiale d'une tige utilisée dans la borne intermédiaire réalisée selon le mode de réalisation particulier de la présente invention représen- té en figure 3; La figure 7 est une vue en bout de la tige représen- tée en figure 6; La figure 8 est une représentation graphique des varia- tions en fonction du temps de la température d'une soudure. tendre de remplissage d'une borne intermédiaire selon la pré- sente invention; La figure 9 est un'e représentation graphique en fonc- tion du temps de la perte optique d'un câble à fibre opti- que fixé à la borne intermédiaire par la soudure tendre; et La figure 10 est une vue en coupe, à grande échelle, d'une borne intermédiaire selon un autre mode de réalisation de la présente invention. En liaison avec la figure 1, un répéteur sous-marin 10 destiné à être utilisé dans un réseau de télécommunica- tions optiques comprend une paire de bornes intermédiaires classiques 11, chaque borne étant traversée par une fibre op- tique 12 qu'elle supporte. Un cylindre 14 résistant aux pres- sions -se termine par une paire de couvercles 16 dans lesquels les bornes 11 sont scellées hermétiquement. Un ensemble répé- teur 17 est placé dans le cylindre 14 et connecté aux fibres optiques 12. Dans la figure 2,la borne classique -11 comprend une enveloppe 18 en cuivre ou en alliage de cuivre définissant un espace cylindrique creux et une masse en soudure étain-plomb 19 qui remplit cet espace. Le câble à fibre optique 12 traverse la masse 19, une partie importante du câble étant en contact avec cette 4. masse pour en assurer le maintien. Le câble 12 comprend gé- néralement une âme, un habillage sur l'âme, et une ou plu- sieurs couches de revêtement en résine synthétique sur l'ha- billage. Avant le montage du câble 12 dans la borne 11, les couches de revêtement sont partiellement ou totalement enle- vées d'une partie du câble de façon à mettre celui-ci à nu. La partie mise à nu sert de partie destinée à être amenée en contact avec la masse de soudure 19, et est revêtue d'une ou de plusieurs couches métalliques de façon qu'il y ait une adhérence étanche ou étroite avec la masse 19. La borne 11 doit supporter des pressions hydrauli- ques importantes, lesquelles sont appliquées dans la direc- tion représentée par la flèche. L'étanchéité à l'air et l'étanchéité à l'eau de la borne 11 dépendent de la.qualité des couches métalliques. Ces couches doivent, par conséquent, être appliquées à la partie mise à nu dans des conditions strictes et avec beaucoup de soin de façon à obtenir l'étanchéité souhaitable à l'air et à l'eau comme cela est décrit dans le préambule de la présen- te description. En otre,cette borne de l'art antérieur présente l'inconvénient de ne pas permettre un positionnement précis d'une pluralité de câbles à fibre optique, comme cela a déjà été signalé. En liaison avec la figure 3, une borne intermédiai- re 11 selon un mode de réalisation particulier de la présente invention comprend un tube métallique 21, par exemple, en bronze phosphoreux, et une tige 22 en métal ou en alliage,par exemple en alliage dit "Kovar" comprenant,en poids,29 ' de nickel, 17 % de cobalt et 54 % de fer.Le tube métallique,c'est-à-dire le tube en *bronze phosphoreux,a un premier coefficient de dilatation -5 d'environ 1,7 x 10 /0f alors que la tige métal- lique, c'est-à-dire la tige en kovar, a un second coefficient de dilatation d'environ 5 x 10 6/oC. Par conséquent, le pre- mier coefficient de dilatation est supérieur au second. Comme cela sera décrit ultérieurement avec davan- 5. tage de détails,la borne 11 sert à supporter une pluralité de câbles à fibre optique 12. En liaison de nouveau avec la figure 3, ainsi qu'avec les figures 4 et 5, le tube 21 comporte une surface cylindrique intérieure qui définit un espace cylindrique creux divisé en un premier espace partiel et un second espace par- tiel. Le premier espace partiel a un premier diamètre Dl et une première longueur Ll, alors que le second espace cylin- drique a un second diamètre D et une seconde longueur L 2. Le premier diamètre Dl est inférieur au second diamètre D2 et la première longueur L1 est plus grande que la seconde longueur L2. Le tube 21 a une surface périphérique extérieu- re d'un même diamètre hors-tout. Pratiquement, le premier diamètre Dl, le second diamètre D02 et le diamètre hors-tout sont de 6 mm, 7,5 mm et 15 mm, respectivement, alors que les première et seconde longueurs L1 et L2 ont respectivement 60 et 10 mm. En liaison de nouveau avec la figure 3, ainsi qu'avec les figures 6 et 7, la tige 22 comprend une première partie ayant une surface cylindrique extérieure qui est reçue. suivant un montage serré dans l'espace cylindrique creux, c'est-à-dire dans le premier espace partiel avec une interfa- ce assurée par la surface cylindrique intérieure du tube 21 et la surface cylindrique extérieure de la tige 22, comme on le voit le mieux en figure 3. La première partie de la tige a une troisième longueur L3 et un troisième diamètre D3. La tige 22 comprend une seconde partie contiguë à la première, qui a une surface extérieure cylindrique sup- plémentaire, une quatrième longueur L 4, et un quatrième dia- mètre D4 Le quatrième diamètre D est inférieur au troisième diamètre D 3 La surface cylindrique extérieure supplémentaire est placée à l'intérieur du second espace partiel et est en regard d'une partie de la surface cylindrique intérieure. En pratique,les-troisième et quatrième longueurs L3 et L4 sont sensiblement égales aux première et seconde lon- -gueurs L1 et L2, respectivement. Les troisième et quatrième diamètres D3 et D4 ont, respectivement, 6 et 4,5 mm. 6. De nouveau en liaison avec les figures 6 et 7, un organe de guidage 23 est formé dans l'interface. Cet organe 23 sert à guider quatre câbles à fibre optique 12, un inters- tice étant laissé entre la surface cylindrique extérieure sup- plémentaire et la partie en regard de la surface cylindrique intérieure. Plus spécifiquement, l'organe de guidage 23 comprend une surface de guidage définissant quatre rainures 24 situées sensiblement à égale distance dans l'azimuth, comme on le voit le mieux en figure 7. Chaque rainure 24 s'étend dans l'axe de la tige 22, et est pratiquée dans la surface cylindrique exté- rieure de cette tige.En pratique, chaque rainure 24 a une pro- fondeur de 0,3 mm. Les câbles à fibre optique 12 sont guidés- par les rainures 24 et l'interstice laissé entre la surface cylindrique extérieure supplémentaire et la partie en regard de la surface cylindrique intérieure. En d'autres termes, une combinaison des rainures 24 et de l'interstice procède au gui- dage. En liaison de nouveau avec la figure 3, les câbles à fibre optique 12 traversent la borne 11, alors que des par- ties de ces câbles sont guidées par l'organe 23 représenté dans les figures 6 et 7. Comme dans le cas de la figure 2, la cou- che de revêtement de chaque câble à fibre optique 12 est par- tiellement ou totalement enlevée de la partie guidée du câble de façon à obtenir une partie mise à nu. La partie mise à nu est revêtue de couches multiples métalliques, par exemple en tantale, nickel-chrome, cuivre et or. Après positionnement dés câbles à fibre optique 12 dans les rainures respectives 24 et montage du tube 21, de la soudure tendre en fusion est introduite dans l'interstice de façon à former la masse 26 de remplissage de cet interstice. La soudure tendre a untroisième coefficient de dilatation d'en- viron 2,5 x 10 /aC et une température de fusion d'environ 1830C. Le troisième coefficient de dilatation est voisin du premier coefficient de dilatation (bronze phosphoreux) et est considérablement supérieur au second (Kovar). Il en résulte que la soudure se contracte par rapport à la tige métallique 7. 22, lorsqu'elle se solidifie dans llinterstice. Par consé- quent, une force d'auto-étanchéité se produit à l'intérieur de la masse 26. De plus, la masse.26 exerce en soi une force d'adhérence sur la couche multiple amenée en contact avec elle. Ainsi, une étanchéité à l'air et une étanchéité à l'eau sont obtenues par effet de synergie de la force d'auto-étanchéité et de la force d'adhérence de la masse 26. Selon les études expérimentales effectuées par les inventeurs, il y a eu confirmation que la force d'auto- lO étanchéité était suffisamment élevée pour supporter une pres- sion hydraulique de 1000 bars. On a eu par conséquent, la confirmation que la borne 11 présentait une étanchéité à l'air et une étanchéité à l'eau souhaitables-même lorsque la couche de revêtement en résine synthétique est enlevée des câbles 12 et que la couche métallique n'est pas appliquée à la partie mise à nu, comme cela sera décrit. La température de fusion de la soudure tendre est nettement inférieure à la température de ramollissement du noyau et des zones d'habillage des câbles à fibre optique 12.Par conséquent,on rencontre rarement une perte optique des câbles par remplissage avec la soudure tendre. Il peut arriver que la soudure tendre en fusion s'écoule partiellement dans les rainures 24 lorsqu'elle est introduite dans l'interstice. Mais on peut arrêter l'écou- lement de la soudure tendre en fusion dans les rainures 24 par un manchon fixé à une partie de chaque câble à fibre op- tique entre les rainures 24 et l'interstice. Il est possible d'éliminer l'interstice entre la surface cylindrique exté- rieure supplémentaire et la partie en regard de la surface cylindrique intérieure lorsque les rainures 24 sont suffisam- ment profondes pour permettre l'insertion de chaque câble à fibre optique avec un jeu autour des rainures permettant le remplissage en soudure tendre.En tout cas, l'organe de gui- dage 23 permet au moins le guidage d'un câble à fibre opti- que, un jeu étant laissé autour d'une partie du câble guidée par l'organe 23.Les câbles à fibre optique respectifs 12 sont supportés par la borne 11 sans qu'il n'y ait le moindre dépla- cement de ceux-ci. La présente invention permet de tenir fa- 8. cilement compte d'une augmentation du nombre de câbles à fibre optique en augmentant le nombre de rainures et permet par conséquent d'obtenir une borne 11 compacte. En liaison avec les figures 8 et 9,une courbe 30 re- présente la caractéristique de perte optique d'un câble à fi- bre optique mesurée pendant le processus de remplissage et de solidification de la soudure.Une autre courbe 31 représente les variations de température de la soudure tendre pendant le processus précédent.Les courbes 30 et 31 ont la même échelle de temps.Le câble à fibre optique utilisé dans les études ex- périmentales était un câble à fibre multimode et comprenait une âme de 60 microns de diamètre,un habillage de 150 microns de diamètre et une couche de revêtement en polyfluorovinyli- dène.Les mesures ont été effectuées avec une bande de lon- gueur d'onde de 0,85 micron. Comme cela apparaîtra facilement dans les figures 8 et 9,la perte optique du câble à fibre optique n'a pas varié sensiblement même lorsque le câble a été chauffé jusqu'à une température d'environ 200 C par remplissage de soudure tendre en fusion et que sa température se trouvait ensuite à une va- leur inférieure à la température de fusion-de 183 C.Cela si- gnifie que toute contrainte préjudiciable n'est pas exercée sur le câble pendant le refroidissement du câble et de la soudure. Divers essais furent exécutés avec succès sur des premier,second et troisième câbles à fibre optique de façon à vérifier et évaluer l'étanchéité à l'air et l'étanchéité à l'eau des bornes obtenues selon ce mode de réalisation parti- culier de la présente invention.Le premier câble-à fibre opti- que comportait une partie mise à nu,la couche de revêtement en polyfluorovinyilidène ayant été enlevée et le câble revêtu d'une couche multiple de métaux constitués de tantale,nickel- -chrome,cuivre et or,alors que le second câble avait une par- tie mise à nu qui n'était revêtue d'aucune couche métallique. Le troisième câble à fibre optique comportait les couches multiples de métaux semblables à celles du premier câble et une couche de revêtement en polyfluorovinylidène qui n'avait pas, été enlevée.Chaque câble fut monté dans la borne à es- rsayeo', e représenté en figure 3. 9. Tout d'abord, chaque borne fut soumise à un es- sai hydraulique de 6 heures sous une pression de 1200 bars. Puis, un essai de fuite à l'hélium fut exécuté pendant 2 heu- res sous une pression de 800 bars. Ensuite, un test de cycle de température fut appliqué deux fois à chaque borne entre -100C et 170 C. Puis,l'essai de pression hydraulique et l'es- sai de fuite à l'hélium cités ci-dessus furent successivement exécutés de nouveau pour chaque borne. Le tableau I résume les résultats des essais. TABLEAU I Comme le montre le tableau I, une borne selon la présente invention présente les caractéristiques d'étanchéité à l'eau et à l'air souhaitables, même lorsqu'aucune couche mé- tallique n'est formée sur le câble à fibre optique et que la couche de revêtement est enlevée du câble. En liaison avec la figure 10, une borne inter- médiaire Il selon un autre mode de réalisation-de la présente invention comprend un tube métallique 21 et une tige métalli- que 22 reçus suivant un ajutage serré dans le tube 21. Com- me représenté dans cette figure, un organe de guidage est formé sur une surface cylindrique intérieure du tube 21 et comprend Câbles Premier câble Second câble Troisième câble --fibre à fibre opti- à fibre opti- à fibre optique Essai que que Pression hy- draulique (1200 bars, 6 h) bonne bonne bonne Fuites d'hé- inférieures à inférieures à inférieures à lium -103 -10 3 -10 3 (800 bars, 2 x 10 cm/ 2 x 10- cm/ 2 x 10 cm! 2 h)bsec sec sec Cycle de température ( -0lC#OO 70aC) bon bon bon Pression hy- draulique (1200 bars, 6 h) bonne bonne bonne Fuites d'hé- inférieures à inférieures à inférieures à lium 10 3 -10 3 -10 3 lbuma2 10- cm/ 2 x 10cm/ 2 x 10 cm/ 2 h)bsec sec sec 10. une surface définissant quatre encoches 33, chaque encoche s'étendant suivant l'axe du tube 21 et étant pratiquée dans sa surface cylindrique intérieure. Les encoches 33 sont sen- siblement séparées par la même distance. Alors que la présente invention a été jusqu'ici dé- crite en liaison avec deux modes de réalisation,il apparaî- tra facilement à l'homme de l'art qu'elle peut être mise en pratique de diverses manières.-Par exemple, un organe de gui- dage peut être formé à la fois sur la surface cylindrique intérieure et sur la surface cylindrique extérieure du tube 21 et de la tige 22. La surface de guidage définit les rainures représentées dans les figures 6 et 7 et les encoches de la figure 7. Les encoches sont en regard des rainures respecti- ves, et chaque encoche s'étend suivant l'axe du tube 21 et est pratiquée dans sa surface. La borne intermédiaire peut servir au guidage et au support d'un seul câble à fibre opti- que. Elle s'applique non seulement à un répéteur sous-marin, mais également à un répéteur général ou analogues. La présente invention n'est pas limitée aux exem- ples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de-modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. 11. REVENDICATIONS 1 - Borne intermédiaire pour supporter de manière étanche au moins un câble à fibre optique ayant des caractéris- tiques optiques prédéterminées:, caractérisée en ce qu'elle comprend - un tube (12) en un premier métal ayant une surface cylindrique intérieure qui définit un espace cylindrique creux, ce premier métal ayant un premier coefficient de dilatation; - une tige (22) en un second métal ayant une surface cylindrique extérieure, reçue suivant un ajutage serré dans l'espace cylindrique creux avec une interface produite par les surfaces cylindriques intérieure et extérieure, le second métal ayant un second coefficient de dilatation inférieur au premier coefficient; - un moyen de guidage (23) du câble à fibre optique (12) le long de l'interface avec un interstice laissé autour d'au moins une partie du câble à fibre optique guidé par le moyen de guidage; et - une masse de soudure (26) remplissant l'interstice de façon à fixer le tube à la tige, la soudure ayant un troi- siàme coefficient de dilatation choisi en fonction du premier coefficient de dilatation et de la température de fusion de fa- çon à ne pas influencer sensiblement les caractéristiques op- tiques prédéterminées. 2 - Borne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moyen de guidage (23) comprend une surface de guidage dé- finissant au moins une rainure (24) s'étendant dans le sens axial de la tige et pratiquée dans la surface cylindrique extérieure de la tige. 3 - Borne selon la revendication2,caractérisée en ce que la surface de guidage définit une pluralité de rainure (24) s'étendant sensiblement à égale distance les unes des autres sur l'azimuth., chaque rainure s'étendant dans le sens-axial de la tige et étant pratiquée dans la surface cylindrique extérieure de la tige. 4 - Borne selon la revendication 3, caractérisée en ce que la surface de guidage définit en outre une pluralité d'en- 12. coches (33) en regard des rainures respectives, chaque encoche s'étendant dans le sens axial du tube et étant pratiquée dans la surface cylindrique intérieure du tube. - Borne selon la revendication 2, caractérisée en ce que la surface de guidage définit au moins une encoche (33) s'étendant dans le sens axial du tube et étant pratiquée dans la surface cylindrique intérieure du tube. 6 - Borne selon la revendication 5, caractérisée en ce que la surface de guidage définit une pluralité d'encoches (33) sensiblement situées à égale distance les unes des autres suivant l'azimuth, chaque encoche s'étendant dans le sens axial du-tube et étant pratiquée dans la surface cylindrique int6- rieure du tube. 7 - Borne selon l'une des revendications 2 à 6, ca- ractériséeen ce que la tige (22) comprend une première partie (L3) ayant une surface cylindrique extérieure et une seconde partie (L4) contiguë à la première et ayant une surface cylin- drique extérieure supplémentaire en regard d'une partie (L2) de la surface cylindrique intérieure, cette seconde partie ayant un diamètre inférieur à celui de la première partie et formant ledit interstice entre la surface cylindrique exté- rieure supplémentaire et la partie en regard (L2) de la sur- face cylindrique intérieure. 8 - Borne selon la revendication 7, caractérisée en ce que la partie en regard (L2) de la surface cylindrique inté- rieure a un diamètre supérieur à celui de la partie restante (Ll) de la surface cylindrique intérieure en un endroit en re- gard de la surface cylindrique extérieure supplémentaire.