Brevet FR2489536A1 — publié le 19820305

La présente invention concerne un câble de fibres optiques possédant des propriétés d'étanchéité à l'eau et de stabi- lité structurelle lorsqu'il est soumis à une haute pression d'eau, ainsi qu'un procédé permettant de le produire. En raison de leur faible poids, de leur petit diamètre, de leurs faibles pertes de transmission et de leur grande capacité de transmission, les câbles de fibres optiques offrent une possibilité d'utilisation comme câbles sous-marins destinés à être placés dans des conditions de forte pression d'eau. Une structure dans laquelle un faisceau de fibres optiques revêtu est enfermé dans un récipient de pression, par exemple un tube métallique, destiné à les protéger vis-à-vis des forces externes a été proposée comme câble de fibres optiques pour usage sous forte pression d'eau. Toutefois, un câble sous-marin qui est posé sur un fond marin pou- vant se trouver à plusieurs milliers de mètres de profondeur doit supporter une pression d'eau de plusieurs centaines de kg/cm4. Pour supporter de telles conditions, il faut que l'épaisseur de paroi d'un récipient de pression tel qu'un tube métallique soit aczrue à une valeur notable, mais, au niveau technologique actuel de fabrication, la production d'un semblable récipient de pression est très difficile. Pour éliminer ce problème, il a été proposé un câble ayant la structure présentée sur la figure 1. Ce câble com- prend un tube 01 étanche à l'air qui contient à la fois un faisceau de fibres optiques revêtues 02 et un fluide 03 de façon que la pression intérieure du tube 01 soit égale à la pression extérieure appliquée au tube lorsque ce dernier est placé sous haute pression. Toutefois, lorsqu'une force extérieure est appliquée à ce type de câble, les fibres 02 subissent des microflexions qui augmentent les pertes de transmission. De plus, ce câble n'est pas protégé de façon satisfaisante vis-à-vis des forces extérieures, si bien que des difficultés telles qu'une rupture de fibres peuvent survenir. Un but de l'invention est donc de proposer un câble de fibres optiques ne présentant pas les défauts des câbles de la technique antérieure et possédant une sérieuse étanchéité à l'eau et une fdrte stabilité structurelle vis-à-vis des hautes pres- sions d'eau. Ce but peut être atteint au moyen d'un câble de fibres optiques comprenant un élément central linéaire dans la sur- face duquel est formée au moins un encoche longitudinale et spirale, une fibre optique enrobée qui est placée dans l'encoche, une gaine externe qui entoure l'élément central, et un matériau du type géla- tine qui remplit l'espace entourant la fibre optique. On peut produire le câble de fibres optiques de l'invention en plaçant une fibre optique enrobée dans chacune des encoches formées longitudinalement et en spirale dans la surface d'un élément central linéaire, en appliquant un matériau du type gélatine à la surface de l'élément central, et en formant autour de ce dernier une gaine extérieure, la gaine extérieure ayant un dia- mètre interne légèrement plus grand que le diamètre externe de l'élé- ment central, puis en réduisant Le diamètre de la gaine extérieure jusqu'à ce que la surface interne de la gaine extérieure soit en contact intime avec la surface externe de l'élément central. La description suivante, conçue à.titre d'illustra- tion de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe du câble de fibres optiques résistant à la pression de la technique antérieure; - la figure 2 est une vue en coupe d'un câble de fibres optiques selon un mode de réalisation de l'invention; - la figure 3 est une représentation schématique d'un procédé permettant de produire un câble de fibres optiques selon un mode de réalisation de l'invention; - les figures 4(a), 4(b) et 4(c) sont des vues en coupe d'un câble de fibres optiques suivant trois étapes de sa pro- duction au moyen du procédé présenté sur la figure 3; - la figure 5 est une vue en représentation sché- matique d'un procédé de production d'un câble de fibres optiques selon un autre mode de réalisation de l'invention; et - les figures 6(a) et 6(b) sont des vues en coupe d'un câble de fibres optiques à deux étapes de sa production par le procédé de la figure 5. L'expression "fibre optique enrobée" qui est utilisée dans cette description vise à désigner une fibre de verre pour transmission optique portant des revêtements externes de divers matériaux en vue d'une protection mécanique, d'un renforcement et, ou bien, de l'absorption d'un mode de transmission non souhaitable. Un exemple typique de telles fibres optiques enrobées est donné par des fibres possédant un revêtement primaire de silicone et un revête- ment secondaire de Nylon, ces fibres étant bien connues dans la technique. Selon le procédé de l'invention utilisant un élément central linéaire comportant au moins une encoche longitu- dinale et en spirale, il est aisément réalisable de remplir d'un matériau du type gélatine l'espace entourant la fibre optique sans laisser subsister de l'air dans l'encoche. Des modes de réalisation préférée de l'invention sont décrits ci-après en relation avec les figures 2 à 6. La figure 2 montre une vue en coupe d'un cable de fibres optiques selon un mode de réalisation de l'invention. Un élément central linéaire 1 possède plusieurs encoches 2 (quatre encoches dans le mode de réalisation illustré) qui sont formées longitudinalement et en spirale dans la surface, et une unique fibre optique enrobée 3 est placée dans chaque encoche 2. Il est facile de produire l'élément central linéaire doté d'au moins une encoche longi- tudinale et spirale, par exemple par une extrusion avec une matrice de profilage ou une extrusion continue avec une extrudeuse appropriée tel- le que "Conform" permettant de préparer unélàrent central linéaire doté d'au moins une encoche rectiligne dans sa surface, et par une torsion de l'élément central linéaire résultant permettant de produire un élé- ment comportant une encoche longitudinale et en spirale ou plusieurs. On remplit entièrement au moyen d'un matériau du type gélatine l'espace entourant la fibre optique 3 dans l'encoche 2, et on revêt l'élément central 1 à l'aide d'une gaine externe 5 à paroi mince étanche à l'air qui-est en contact intime avec l'élément central 1. On revêt ensuite la gaine externe 5 au moyen d'une cuirasse 6 qui renforce mécaniquement le câble. Puisque l'élément central 1 doit avoir une résistance élevée à la traction et aux diverses forces et qu'il doit pouvoir être facilement travaillé pour être mis sous différentes formes, il est avantageux d'utiliser un métal tel que le cuivre ou l'aluminium, une substance non métallique comme des caout- choucs (naturels ou synthétiques) ou d'autres matières plastiques, un matériau composite comprenant des matériaux fibreux tels que des fibres de carbone, des fibres de verre, des fibres de polyamide aromatique durcies au moyen d'une résine, ou une combinaison de ces matériaux. Le matériau 4 du type gélatine est une substance qui est fluide ou demi- fluide à la température ambiante, et des exemples appropriés sont donnés par les graisses minérales, les résines de silicone non réticulées, et le polybutène. Le matériau 4 du type gélatine a pour fonction de fixer les fibres optiques 3 dans les encoches 2 et de servir d'amortissement vis-à-vis des forces exté- rieures. La gaine extérieure 5 est de préférence faite en métal mou, comme le cuivre ou l'aluminium, ou en une matière plastique telle que le polyéthylène. Dans le câble de fibres optiques présentant la structure décrite cidessus, l'élément central linéaire 1 présente une résistance voulue à la traction et possède une résistance suf- fisante pour protéger les fibres optiques 3, si bien que les con- traintes telles que élongation, compression et flexion ne se créent pas facilement dans les fibres 3 placées dans les encoches 2. De plus, une fibre 3 unique entourée du matériau 4 de type gélatine est placée dans l'encoche 2, si bien qu'une force externe s'applique uniformément aux fibres 3 et qu'il n'y a pas accroissement des pertes de transmission lorsque le cêble de fibres optiques est utilisé sous pression d'eau élevée. Ainsi, avec la structure de câble selon laquelle plusieurs fibres optiques enrobées sont placées dans une seule encoche, chacune des fibres enrobées effectue un déplacement l'amenant à se presser contre chacune des autres fibres lorsqu'une force extérieure, telle que flexion ou étirement, est appliquée au câble de fibres optiques, puisque le matériau du type gélatine fait fonction d'agent lubrifiant, de sorte que les pertes de trans- mission des fibres optiques tendent à augmenter lorsqu'augmente la pression exercée contre la paroi latérale des fibres. Ce phénomène a été démontré par diverses expériences. Par exemple, dans le câble de fibres optiques ayant la structure présentée sur la figure 1, o plusieurs fibres optiques sont placées dans un tube d'aluminium de manière à être entourées de manière non serrée par un matériau du type gélatine, il a été montré que les pertes de transmission augmen- taient du fait de l'augmentation del apression que les fibres-exercent les unes contre les autres, ainsi que cela a été indiqué ci-dessus. D'autre part, dans le câble de fibres optiques ayant la structure présentée sur la figure 1, qui comprend un élément central linéaire en aluminium dans lequel une seule fibre optique enrobée est placée dans chaque encoche et une gaine extérieure en aluminium (par exemple de 5 mm de diamètre), aucune augmentation des pertes de transmission n'apparaît au cours de l'essai précédent lorsqu'il est mis en oeuvre sur le câble de fibres optiques ci-dessus présentant la structure de la figure 2. Deux modes de réalisation préférés du procédé de production du câble de fibres optiques décrit ci-dessus sont illustrés ci-dessous. La figure 3 représente le procédé de production d'un câble de fibres optiques dans lequel la gaine extérieure 5 est faite d'un tube métallique. Un élément central linéaire 1 possédant des encoches 2 formées longitudinalement et en spirale dans sa sur- face tandis qu'une fibre optique enrobée 3 est ajustée de manière non serrée dans l'encoche 2, est délivré à un appareil de soudage de bande métallique et, parallèlement à l'élément 1, une bande métal- lique mince 7 faite de cuivre, d'aluminium, etc. est fournie à cet appareil. Sur la figure 3, les numéros de référence 8 et 9 désignent des galets d'avance. La bande métallique 7 est envoyée à une première machine de formation 10 dans laquelle elle est mise sous une forme sensiblement cylindrique tandis que, dans le même temps, un matériau 4 du type gélatine est injecté au fond suivant la direction longitu- dinale (c'est-à-dire à la surface intérieure de la partie la plus basse de la paroi latérale du cylindre), ainsi que cela est présenté sur la figure 4(a), via un orifice d'entrée 11 d'une machine de rem- plissage pour matériau du type gélatine raccordée à la première machine de formation 10. Ensuite, l'élément central 1 est placé à l'intérieur de la forme sensiblement cylindrique de la bande métal- lique 7, laquelle est envoyée à une deuxième machine de formation 12, o comme on peut le voir sur la figure 4(b), les bords latéraux de la bande métallique 7 sont appliqués l'un contre l'autre et soudés. Sur la figure 3, le numéro 13 désigne une électrode de soudage. Dans la première machine de formation 10, le matériau 4 du type gélatine est envoyé au fond de la forme sensiblement cylindrique faite de la bande métallique 7 suivant la direction longitudinale, et ceci est destiné à empêcher le dépôt du matériau 4 du type gélatine sur les bords latéraux de la bande 7 puisqu'un tel dépôt rendrait impossible l'opération de soudage ultérieure. Comme le montre la figure 4(b), le diamètre interne de la gaine extérieure 5 faite du tube de métal soudé est légèrement plus grand que le diamètre externe de l'élément central 1, ce qui forme un intervalle entre la gaine extérieure 5 et l'élément cen- tral 1. Par un passage ultérieur de la gaine extérieure 5 dans un appareil classique de réduction 14 comportant une matrice, le dia- mètre de la gaine extérieure 5 subit une réduction, comme le montre la figure 4(c), afin de former un câble dans lequel tout l'espace des encoches 2 est rempli du matériau 4 du type gélatine et o il ne reste pas d'air dans la gaine extérieure 5. La figure 5 présente le procédé de production d'un câble de fibres optiques dont la gaine extérieure 5 est faite d'un tube de matière plastique. Un élément central linéaire 1 con- tenant une fibre optique enrobée 3 de manière non serrée dans chacune des encoches 2 est envoyé à un appareil de fabrication de câble et, lorsqu'il passe dans un appareil 15 de remplissage par un matériau du type gélatine, un matériau 4 du type gélatine est déposé dans les encoches 2 et à la surface de l'élément central 1. Par la suite, l'élément central 1 est envoyé à une extrudeuse 16 o un tube de matière plastique formant une gaine extérieure 5 est extrudé de manière à recouvrir l'élément central 1. L'élément central 1 ne subit pas de chauffage avant d'entrer dans l'extrudeuse 16, si bien que, lorsqu'on fait passer l'élément central 1 portant la gaine extérieure 5 en matière plastique dans une cuve d'eau 17 de refroi- dissement, la gaine extérieure 5 se solidifie de manière à former un tube dont le diamètre interne est quelque peu plus grand que le diamètre externe de l'élément central 1, ainsi que le montre la figure 6(a). Ensuite, l'élément central 1 portant le tube de matière plastique 5 subit un échauffement dans un dispositif de chauffage 8, puis est de nouveau refroidi dans une cuve d'eau 19, et, par suite du retrait entralné par la relaxation des contraintes internes, un contact intime entre l'élément central 1 et le tube 5 de matière plastique est réalisé, comme le montre la figure 6(b), l'intérieur de la gaine extérieure 5 étant exempt de bulles d'air, mais étant rempli de matériau 4 du type gélatine. Ainsi que cela a été discuté ci-dessus, dans le câble de fibres optiques de l'invention, une fibre optique enrobée est placée dans chacune des encoches longitudinalement formées dans la surface d'un élément linéaire central, la surface externe de l'élément central est revêtue intimement d'une gaine extérieure, et l'espace entourant la fibre optique est entièrement rempli au moyen d'un matériau du type gélatine. Du fait de cette structure, le câble présente une très bonne étanchéité vis-à-vis de l'air pour une forte pression d'eau, et la forte pression d'eau s'applique unifor- mément aux fibres optiques par l'intermédiaire du matériau du type gélatine sans créer aucune tension ou augmentation des pertes de transmission. Le processus de l'invention permet de-produire un câble de fibres optiques ayant la structure indiqué ci-dessus sans former de bulles d'air dans le matériau du type gélatine. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginez-, à partir des câbles et des procédés dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses autres variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Câble de fibres optiques caractérisé en ce qu'il comprend un élément central linéaire (1) comportant dans sa surface au moins une encoche (2) orientée longitudinalement et en spirale, une fibre optique enrobée (3) disposée dans ladite encoche, une gaine extérieure (5, 6) qui entoure l'élément central, et un maté- riau (4) du type gélatine qui remplit l'espace entourant la fibre optique. 2. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément central linéaire (1) est formé de cuivre ou d'aluminium, de caoutchouc, de matière plastique, d'un matériau composite compre- nant un matériau fibreux durci au mpoyen d'une résine, ou d'une com- binaison de ces matériaux. 3. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau (4) du type gélatine est une substance qui est fluide ou demi-fluide à la température ambiante. 4. Câble selon la revendication 3, caractérisé en ce que le matériau (4) du type gélatine est choisi dans le groupe formé des graisses minérales, des résines de silicone non réticulées, et du polybutène. 5. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gaine extérieure (5, 6) est faite en métal mou ou en matière plastique. 6. Câble selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit métal mou est le cuivre ou l'aluminium et ladite matière plastique est le polyéthylène. 7. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément central linéaire (1) est fait de cuivre ou d'alumi- nium, de caoutchouc, de matière plastique, d'un matériau composite comprenant un matériau fibreux durci au moyen d'une résine, ou d'une combinaison de ces matériaux, le matériau (4) du type gélatine est une substance qui est fluide ou demi-fluide à la-température ambiante, et la gaine extérieure (5, 6) est en métal mou ou matière plastique. 8. Câble selon la revendication 7, caractérisé en ce que le matériau (4) du type gélatine est choisi dans le groupe formé des graisses minérales, des résines de silicone non réticulées et du polybutène, et ladite gaine extérieure (5, 6) est en métal mou choisi parmi le cuivre, l'aluminium ou en polyéthylène. 9. Procédé de production d'un câble de fibres optiques caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant à placer une seule fibre optique enrobée (3) dans au moins une encoche (2) formée longitudinalement et en spirale dans la surface d'un élément central linéaire (1), à appliquer un matériau (4) du type gélatine à la surface de l'élément central, et à former (10, 12) une gaine extérieure (5, 6) autour de l'élément central, ladite gaine exté- rieure ayant un diamètre interne légèrement supérieur au diamètre externe de l'élément central, puis à resserrer (14) le diamètre de la gaine extérieure jusqueà ce que la surface interne de la gaine extérieure soit en contact intime avec la surface externe de l'élé- ment central. 10. Procédé selon la revendication 9, permettant de produire un câble de fibres optiques possédant une gaine extérieure faite d'un tube métallique, caractérisé en ce qu'on place la fibre optique enrobée (3) dans des encoches (2) formées longitudinalement et en spirale dans un élément central linéaire (1), on fait avancer ledit élément central linéaire ainsi garni et un tube métallique (5) de forme sensiblement cylindrique contenant un matériau (4) du type gélatine qui a été injecté dans sa partie inférieure et on les réunit de manière que l'élément central soit placé à l'intérieur de la forme sensiblement cylindrique de la bande métallique, on met en contact mutuel les bords latéraux de la borne métallique et on les soude (12), puis on fait passer le tube métallique soudé résultant dans un appareil de réduction (14) qui réduit le diamètre de la gaine extérieure formée du tube métallique. 11. Procédé selon la revendication 9, permettant de produire un câble de fibres optiques ayant une gaine extérieure faite d'un tube de matière plastique, caractérisé en ce qu'il consiste à revêtir au moyen d'un matériau (4) du type gélatine un élément cen- tral linéaire (1) ayant une fibre optique (3) placée dans ses encoches (2) , à faire avancer l'élément central dans une extrudeuse (16) o un tube métallique (5) est extrudé de manière à recouvrir l'élé- ment central, à chauffer (18) le câble résultant après quoi on le refroidit (19) afin de réduire le diamètre de la gaine de matière plastique, et à former ainsi un contact intime entre l'élément cen- tral et la gaine extérieure constituée du tube de matière plastique.