Brevet FR2508180A1 — publié le 19821224

La présente invention concerne des procédés de fabrication de câbles et, plus particulièrement, des méthodes de revêtement de câbles par une gaîne métallique qui s'appliquent aux filins ou câbles à brins toronnés ainsi qu'aux câbles de télécommunication à âme renforcée de fils d'acier, notamment des câbles sous-marins à fibres optiques. Les câbles à fibres optiques pour utilisation sous-marine comprennenten général une ou plusieurs fibres optiques entourées d'un conducteur électrique tubulaire sur lequel une ou plusieurs couches de fils d'acier toronnés constituent un élément de renfort cylindrique résistant à la traction Une bande de cuivre est enroulée longitudinalement autour des torons et ses deux bords sont joints et soudés pour constituer un tube conducteur hermétique Le conducteur tubulaire interne peut être constitué par un tube d'aluminium à profil en C obtenu par la technique d'extrusion par friction puis formé pour constituer un tube fermé autour des fibres optiques, comme décrit par la demande de'brevet britannique N O 8021035 Une couche diélectrique est extrudée sur le tube de cuivre et le câble peut encore être muni d'une gaine extérieure et d'une armure selon l'utilisation envisagée. En fonction de leur longueur, ces câbles à fibres optiques devront être équipés de répéteurs, situés à intervalles réguliers, pour amplifier le signal. L'alimentation électrique des répéteurs est fournie par un terminal et emprunte le circuit constitué par les fils d'acier toronnés et les deux tubes conducteurs entourant ces fils Le câble doit être conçu pour avoir une bonne souplesse, une résistance suffisante à des pressions élevées et à l'action du milieu marin et il doit être disponible en grande longueur. Un objet de la présente invention est de fournir une méthode de revêtement d'une couche toronnée d'un câble, cette méthode pouvant s'appliquer notamment à la fabrication de câbles sous-marins à fibres optiques présentant les caractéristiques précédentes, mais n'étant pas limitée à cette application. Selon la caractéristique principale de l'invention, le procédé de fabrication d'un câble comprenant une couche de revêtement sur un élément toronné du câble consiste à extruder directement et coaxialement sur l'élément toronné, par un processus d'extrusion en continu, un tube métallique de plus grand diamètre que le toron, puis à déformer le tube extrudé pour l'amener à enserrer étroitement le toron sur lequel la chaleur et la pression produites par le processus d'extrusion n'ont ainsi aucun effet défavorable. Une autre caractéristique de l'invention réside dans un câble sous-marin à fibres optiques comprenant une ou plusieurs fibres disposées dans un tube de protection, une ou plusieurs couches d'éléments de résistance à la traction toronnnés sur le tube de protection, un tube métallique en contact intense avec la couche extérieure des éléments toronnés, ce tube ayant été extrudé coaxialement et directement sur la couche extérieure des éléments toronnés avec un diamètre plus grand que cette couche, puis déformé pour venir au contact de la couche, et une couche de diélectrique extrudée sur le tube métallique ainsi Tétreint. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent la figure 1, une vue en coupe transversale d'une âme de câble à fibres optiques, à un certain stade d'un procédé de fabrication du câble conforme à l'invention; la figure 2, une vue en coupe transversale d'un câble à fibres optiques terminé la figure 3, une vue schématique d'une installation de fabrication de câbles sous-marins à fibres optiques, dans laquelle est intégré le procédé conforme à l'invention. L'âme du câble à fibres optiques de la figure 1 comprend un petit porteur central 1, par exemple un fil, et une pluralité de fibres optiques 2 maintenues autour du porteur 1 dans un jonc cylindrique 3 A titre d'exemple, l'âme représentée comprend un jonc à 8 fibres. Le jonc 3 est contenu dans un tube d'aluminium 4 venant de l'extrusion d'un profil en C par une machine à friction et de la fermeture de ce profil autour du jonc 3 par des matrices ou rouleaux adjacents Si besoin est, le tube 4 peut être hermétiquement scellé par brasage ou soudage des faces longitudinales 5 placées bout à bout. Une couche de fils d'acier 6 de grande résistance mécanique est toronnééhélicoidalement sur le tube 4, de 'façon classique Elle comprend typiquement -quatorze fils, selon l'exemple fourni par la figure, mais il est évidemment possible d'utiliser un plus ou moins grand nombre de fils par couche ainsi que plusieurs couches La couche de fils d'acier constitue un élément de renforcement 7 de la résistance mécanique du câble. Un tube d'aluminium 8 est ensuite extrudé directement et coaxialement sur le toron de renforcement 7 par un procédé d'extrusion en continu, notamment un procédé d'extrusion par friction, à un diamètre supérieur à celui du toron 7 Les procédés d'extrusion en continu évitent les phases de démarrage et d'arrêt inhérentes aux procédés discontinus, conne l'extrusion de billettes, des tubes de grande longueur pouvant ainsi être extrudés avec des propriétés très homogènes. Le tube 8 est enfin étiré et embouti ou repoussé sur le toron de renforcement 7 au moyen d'une combinaison de filières et de trains de laminage pour constituer le tube de revêtement 8 ' représenté figure 2 Le matériau du tube 8 ' remplit au moins les espaces intersticiels existant entre les fils 6 et se trouve en contact étroit avec la couche extérieure ou la couche unique 7 de fils toronnés 6. Le tube 8 ', la couche 7 et le tube 4 constituent ainsi un conducteur électrique composite apte à la transmission de l'énergie aux répéteurs, suffisamment souple pour les applications sous-marines, hermétiquement scellé et disponible en grandes longueurs La structure décrite peut résister aux pressions élevées des fonds sous-marins et protège ainsi efficacement les fibres optiques. Le tube 8 est initialement extrudé à une dimension suffisante pour s'ajuster librement sur l'élément de renfort 7, sans venir en contact étroit avec les fils 6 de cet élément Les composants du câble situés à l'intérieur du tube 8 ne sont donc pas soumis directement aux températures et aux pressions élevées qui caractérisent le procédé d'extrusion en continu et, plus particulièrement, aucun effet défavorable n'est exercé sur les fibres optiques L'étirage et le laminage du tube 8 sur la couche toronnée 7 s'effectue après un refroidissement suffisant pour éviter encore tout endommagement des éléments internes du câble. Typiquement, l'extrusion initiale du tube 8 s'effectue à un diamètre tel qu'une contraction de 25 % de ce diamètre soit nécessaire pendant les opérations d'étirage et de laminage. Le procédé de fabrication du câble à fibres optiques conforme aux figures 1 et 2 va maintenant être décrit en se reportant à la figure 3 Un profil d'aluminium en C est produit par une extrudeuse à friction 20, une telle machine étant par exemple du type décrit dans les brevets britanniques n s l 370 894 et 1 467 089 Le tube ouvert 4 est tiré directement ou par l'intermédiaire d'un tambour de stockage à travers une série de filières et rouleaux de formage 21 qui est située juste après l'introduction du jonc cylindrique 3 contenant les fibres optiques, dans le tube 4, le jonc 3 étant déroulé de la bobine 22 Le tube 4 est entralné par un rouleau de traction 24 et traverse un premier ensemble de rouleaux de formage 23 ' qui sert à refermer le profil en C et un second ensemble de filières 23 " qui déforme plastiquement le profil fermé pour réduire son diamètre interne à une valeur prédéterminée Cette valeur correspond typiquement à une diminution du diamètre initial de 5 à 10 %. Le tube fermé 4 ' contenant l'âme 3 à fibres optiques est ensuite tiré à travers une toronneuse 25 qui 2508 180 le revêt d'une couche 7 de fils d'acier 6. Le diamètre auquel le tube à profil en C fermé est réduit par le second ensemble de filières est calculé de façon que les fils 6 de la couche 7 soient placés exactement l'un contre l'autre et au contact de la surface extérieure du C Cette adaptation est importante, car si le tube était trop grand, la pression externe exercée par les fils de la première ou de la seule couche 7 pourrait les amener à s'encastrer dans le tube d'aluminium Cela entraînerait une élongation du tube qui pourrait conduire à la fracture des fibres optiques. L'âme du câble recouverte de torons d'acier traverse ensuite une extrudeuse à friction 26 qui la recouvre du tube 8 surdimensionné Ce dernier est étiré et comprimé sur les torons 6 dans un poste d'étirage et de laminage 27 Une extrudeuse 28 produit la couche diélectrique 9 sur le tube rétreiht 8 ' Une deuxième extrudeuse 29 peut être utilisée pour recouvrir le câble d'une gaine 11 et une machine classique 30 pour lui appliquer des fils d'armure 12 par-dessus cette gaine. Il est important que le tube d'aluminium 4 à profil en C soit produit en grande longueur car le soudage de plusieurs sections de tube de courte longueur ne permet pas d'atteindre la précision requise pour le diamètre extérieur du tube fermé et déformé par les filières 23 Des filières fendues décrites dans la demande de brevet britannique N O 8021035 peuvent être utilisées pour fournir les grandes longueurs requises. Il est aussi important que le tube 8 soit produit en grande longueur, ce qui rend souhaitable l'emploi d'un procédé d'extrusion en continu du type obtenu avec des machines d'extrusion par friction. Puisque le tube d'aluminium 8 est formé comme un tube cylindrique et non pas, comme dans l'art antérieur, par enroulement longitudinal d'une bande de cuivre autour de l'âme du câble par soudage de la bande bord à bord, on obtient une structure plus hermétique qu'auparavant, même si le tube à profil en C n'est pas soudé le long de ses bords adjacents, étant donné que des imperfections dans la soudure d'une bande de cuivre ne peuvent pas être éliminées En outre, l'opération de soudage de la bande de cuivre effectuée dans l'art antérieur est plutôt aléatoire car, si le cuivre est contaminé ou déformé, il peut se produire une brûlure profonde du câble, c'est-à-dire une fusion du cuivre et des fils sous-jacents qui affecte gravement les composants et les caractéristiques du câble et nécessite un arrêt prolongé des machines pour en supprimer la cause. Le formage d'un tube d'aluminium 8 surdimensionné et les opérations subséquentes d'étirage et de laminage impliquent l'utilisation de processus de fabrication beaucoup plus fiables que ceux de l'art antérieur et permettent d'obtenir une herméticité améliorée. Bien que l'invention ait été décrite en se référant à des câbles à fibres optiques, elle peut s'appliquer à tout filin ou câble sur lequel on désire former un revêtement tel qu'une gaine métallique hermétique, ce filin ou câble comprenant des composants qui peuvent être endommagés par les hautes températures et les hautes pressions nécessaires pour l'extrusion directe de cette gaine L'invention s'applique plus particulièrement à la fabrication d'un revêtement hermétique de grande longueur avec une grande constance de certaines propriétés, par exemple le diamètre et la résistance mécanique. Le câble à fibres optiques représenté figure 2 a, de préférence, la structure suivante: un porteur central 1 constitué d'un fil d'acier très résistant revêtu de cuivre, l'ensemble étant gainé de polypropylène. Le diamètre extérieur du jonc de polypropylène est de 1,13 mm Huit fibres optiques revêtues, ayant chacune un diamètre externe de 0,85 mm, sont montées autour de ce jonc et elles sont entourées par un tube d'aluminium 4 à profil en C dont le diamètre externe est initialement de 9,91 mm et diminué à 6,71 mm après formage Le tube 4 formé est entouré par douze fils d'acier de grande résistance mécanique ayant chacun un diamètre de 2,31 mm. Une gaine de polyéthylène à basse densité est extrudée sur les fils d'acier à un diamètre d'environ 12 mm et une enveloppe en polyéthylène de haute densité est extrudée sur la gaine à un diamètre externe total de 22 mm Une seule enveloppe en polyéthylène de basse densité peut être utilisée à la place de l'ensemble gaine et enveloppe extérieure Une armure externe, nécessaire aux applications en eaux peu profondes, peut être constituée par environ vingt fils d'acier dur de quelques 7 mm de diamètre. Il est bien évident que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple non limitatif et que d'autres variantes peuvent être envisagées sans- sortir pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Procédé de fabrication d'un câble à fibres optiques comprenant une ou plusieurs fibres disposées dans un tube protecteur englobant une ou plusieurs couches d'éléments de résistance mécanique ( 7), caractérisé par le fait qu'il comprend les opérations d'extrusion d'un tube métallique coaxial suxidimensionné ( 8), directement sur la couche extérieure d'éléments de résistance mécanique ( 7) et, pour que les fibres optiques ( 2) ne soient pas affectées défavorablement par la chaleur et la pression dues à l'extrusion, de déformation subséquente du tube extrudé ( 8 ') pour l'amener en contact très étroit avec ladite couche extérieure d'éléments de résistance mécanique. 2 Procédé selon la revendication 1, dans lequel, la ou lesdites couches d'éléments de résistance mécanique ( 7) sont produites par toronnage d'une ou plusieurs couches de fils résistants ( 6) sur les fibres optiques ( 2). 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel lesdites fibres optiques ( 2) sont disposées dans un premier tube ( 4) autour duquel sont toronnées la ou les couches d'éléments de résistance mécanique ( 7), ledit premier tube comprenant une couche métallique à profil en C extrudée par un processus d'extrusion en continu et déformée par des filières ( 23 ') ou rouleaux de laminage ( 23 "), ou par un ensemble ( 21) de filières et de rouleaux, en un profil circulaire autour des fibres optiques. 4 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit tube métallique surdimenslonné ( 8) est extrudé par un processus d'extrusion en continu. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une couche diélectrique ( 9) est également extrudée sur le tube déformé ( 8 ') qui a été préalablement extrudé à un diamètre supérieur ( 8). 6 Procédé selon la revendication 5, dans lequel une gaine ( 11) est extrudée sur le diélectrique ( 9). 7 Procédé selon la revendication 6, dans lequel une armure ( 12) est constituée sur ladite gaine ( 11). 8 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le tube métallique suffdimensionné ( 8) est en aluminium extrudé. 9 Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, dans lequel ledit processus d'extrusion en continu est un processus d'extrusion par friction ( 25). Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel plusieurs fibres optiques ( 2) sont disposées autour d'un porteur central ( 1) du câble dans un support de fibres optiques ( 3). 11 Câble à fibres optiques comprenant une ou plusieurs fibres disposées dans un tube de protection englobant une ou plusieurs couches d'éléments de résistance mécanique et un tube métallique extrudé ( 8 ') en contact étroit avec la couche extérieure d'éléments de résistance mécanique ( 7), caractérisé par le fait que ledit tube métallique a été extrudé directe- ment sur ladite couche extérieure ( 7) comme un tube coaxial su Ddimensionné ( 8) et qu'il a été ensuite déformé pour venir enserrer étroitement ladite couche et sceller ainsi hermétiquement lesdites fibres ( 2). 12 Câble selon la revendication 11, dans lequel lesdites couches d'éléments de résistance mécanique ( 7) sont constituées par des torons de fils résistants ( 6). 13 Câble selon la revendication 11 ou 12, dans lequel une couche diélectrique ( 9) est également extrudée sur le tube métallique déformé ( 8 '). 14 Câble selon la revendication 13, dans lequel une gaine ( 11) est extrudée sur le diélectrique ( 9). Câble selon la revendication 14, dans lequel une armure ( 12) est formée sur ladite gaine ( 11).