Brevet FR2510765A1 — publié le 19830204

La présente invention concerne un procédé pour re- vêtir des parties non rev Ctues d'une fibre optique, afin d'obtenir une fibre optique revêtue de manière continue, ayant un diamètre de rev Stement pratiquement uniforme. La technologie de fabrication des fibres optiques à faible atténuation (voir le brevet US 4 217 027 et Re 28 028) a progressé jusqu'à un point auquel la fabrication commerciale de fibres optiques est largement répandue La plupart des techniques comportent l'étirage d'une fibre optique à partir d'un barreau de verre fabriqué préalablement, qu'on appelle quelquefois une "préforme" Pendant le processus d'étirage,la fibre est habituellement rev 9 tue d'une matière protectrice durcissable qu'on peut faire durcir thermiquement, par rayon- nement ou par d'autres moyens appropriés L'extension des applications des fibres optiques a des environnements toujours plus hostiles, comme dans les ct- bles sous-marins, a imposé des contraintes plus sévères sur les propriétés physiques de la fibre, telles que la résistan- ce mécanique Pour ces applications plus exigeantes, ainsi que pour d'autres applications moins exigeantes, il deviendra de plus en plus courant d'épissurer des fibres optiques qui ont été rompues, soit accidentellement soit au cours detests de résistance appropriés De plus, on peut obtenir des longueurs de fibre extr 8 mement élevées en épissurant les longueurs de 5 à 50 km qu'on obtient avec les technologies de fabrication actuelles Pour ces applications et pour d'autres, l'épissura- ge par fusion procure un moyen viable pour joindre les extré- mités de deux fibres de verre avec une pénalité acceptable sur l'atténuation Cependant, le rétablissement du revêtement de la partie de fibre épissurée demeure un obstacle difficile à surmonter, en particulier tout en satisfaisant à des exigences sévères sur les paramètres dimensionnels et de résistance mé- canique associés à la fibre rev^tue. L'invention porte sur un procedé de revêtement d'unlme partie non revêtue d'une fibre optique, dans lequel: on ali- gne cette partie avec une rainure dans un moule fendu rainuré et ouvert, la rainure s'étendant au-delà de la partie non re- vêtue de la fibre, jusqu'a la partie rev Ctue de la fibre qui est adjacente à l'extrémité de la partie non revêtue de la fibre, et la rainure ayant un diamètre D supérieur au dia- mètre d de la partie rev 9 tue de la fibre optique; on tend la fibre optique; on réduit la distance entre le moule et la fibre de façon que la partie rev 9 tue de la fibre vienne en contact avec la surface de la rainure, tandis que les par- ties non rev 4 tues de la fibre ne viennent pas en contact avec la surface de la rainure; on aligne avec la fibre optique la rainure qui est formée dans une seconde moitié du moule fen- du; on ferme le moule fendu; et on injecte une matière de rev 8 tement durcissable dans la rainure-, jusqu'à ce que la matière de revêtement s'écoule au moins jusqu'à la partie revêtue de la fibre, grtce à quoi, après durcissement de la matière de revêtement, on obtient une fibre optique rev 4 tue de façon continue. le mode de réalisation de l'invention permet de disposer d'un procédé pour rev 9 tir-des parties non rev 9 tues d'une fibre optique revêtue, qui ont été dénudées par exemple au cours d'opérations d'épissurage Conformément au procédé, on place la fibre à l'intérieur d'une rainure telle qu'une rainure semi-circulaire ou en V, dans un appareil à moule fendu le diamètre effectif de la rainure est un peu supérieur à celui des parties revêtues restantes de la fibre On tend la fibre de façon que seules les parties revêtues de la fibre touchent la rainure, tandis que les parties non rev 9 tues et vulnérables de la fibre demeurent suspendues-et ne viennent pas en contact avec la surface de la rainure On ferme le mou- le et on injecte une matière de revêtement appropriée dans la rainure, jusqu'à ce qu'elle atteigne la partie revêtue de la fibre On fait ensuite durcir la matière de moulage, ce qui donne une section dont le revêtement a été rétabli, avec des caractéristiques dimensionnelles pratiquement identiques à celles de la fibre rev 9 tue d'origine. l'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation, et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une vue en perspective de l'appa- reil de moulage; et 2510 f 765 La figure 2 montre une partie de la figure 1 e Le mode de réalisation consiste en une technique pour former une fibre rev 9 tue de façon continue à partir d'une fibre dont une partie du revêtement a été enlevée, com- me par exemple au moment de la formation d'une épissure Le mode de réalisation consiste à revêtir à nouveau la fibre dans un moule fendu représenté schématiquement sur les figu- res 1 et 2. la figure 1 montre deux sections 11 et 12 d'un mou- le fendu dans lesquelles on a formé une rainure semi-circulai- re appropriée 13, considérée à titre d'exemple La fibre 14 comporte une section non revétue 16 et une section rev 4 tue 15. Le diamètre de la rainure, D, est un peu supérieur au diamètre de la fibre rev 4 tue, d Dans la plupart des modes de réalisa- tion de l'invention, la rainure du moule aura un diamètre in- férieur à d + 0,015 cm, et habituellement inférieur à d + 0,05 cm La différence de diamètre doit théoriquement être aussi faible que possible pour obtenir une fibre rev 9 tue ayant un diamètre aussi uniforme que possible. On aligne la fibre au-dessus de la rainure qui se trouve dans une moitié du moule fendu, en utilisant par exem- ple des dispositifs de positionnement micrométriques indiqués schématiquement en 19 On réduit ensuite la distance entre la fibre et le moule de façon que la partie rev 9 tue de la fibre vienne en contact avec la rainure, tandis que la partie non revêtue de la fibre est suspendue partiellement à l'intérieur de la rainure mais ne vient pas en contact avec elle (voir le schéma du moule fermé sur la figure 2) On peut obtenir ces conditions en appliquant une tension appropriée à la fibre, de façon que la partie non revêtue de la fibre ne présente pas une flèche lui faisant toucher la rainure Sur la figure 1, l'appareil est représenté avec des dispositifs de tension 17, tels que des dispositifs de positionnement micrométriques à ressort, qui maintiennent la fibre sous une tension appro- priée, habituellement d'environ 4,45 Ne mais généralement in- férieure à 44,5 N et supérieure à 0,445 N Sur la figure 1, le moule a été positionné de façon à venir en contact avec les parties revêtues de la fibre, en 13, ce qui déforme quel- que peu la fibre, comme il est représenté, de façon à garan- tir que les parties revêtues de la fibre reposent correcte- ment dans la rainure. Après avoir positionné la fibre à l'intérieur de la rainure, on ferme la seconde moitié du moule, avec sa rai- nure alignée de façon semblable audessus de la fibre On injecte ensuite dans le moule une matière de revêtement appro- priée, par exemple par une rainure 18, comme le montrent les figures Il est important de noter que même après la fermetu- re du moule, des parties de la fibre rev 8 tue ne viennent pas en contact avec le moule du fait que le diamètre de la rainu- re est un peu plus grand que le diamètre des parties revêtues de la fibre (voir la référence 20 sur la figure 2) Au moment de l'injection de la matière de revêtement dans la rainure 13, la matière de revêtement entoure la partie non revêtue de la fibre L'air ainsi que la matière de revêtement passent le long de la partie originellement revêtue de la fibre, en em- pruntant le petit dégagement 20 entre la partie revetue de la fibre et le moule L'observation d'un tel écoulement de la matière de revêtement assure que la totalité de la partie non revêtue de la fibre a été entourée par la matière de revote- ment On utilise une température, un rayonnement et/ou un temps appropriés pour durcir la matière de revêtement On peut utiliser diverses matières de revêtement, comme par exemple des epoxydes, des silicones et des acrylates durcissables par ultraviolet Le durcissement complet du revêtement peut être effectué à l'intérieur ou meme à l'extérieur du moule. Exemple 1 i On a utilisé un moule en acier fendu dont chaque partie contient une rainure semi-circulaire prévue pour re- cevoir la fibre Lorsque les rainures sont bloquées l'une contre l'autre, elles forment un alésage cylindrique légère- ment plus grand que-le diamètre extérieur de la fibre revetue, pour permettre l'échappement de l'air pendant l'injection de la matière de revêtement Dans cette configuration, le revg- tement d'origine était utilisé pour maintenir la section non revêtue suspendue dans l'alésage En utilisant une longueur non revetue aussi courte que possible, par exemple 13 mm, on réduit au minimum le risque de détérioration par contact avec les parois de l'alésage La rainure supplémentaire par laquel- le la matière de revêtement est injectée est disposée perpen- diculairement à la rainure pour la fibre On a utilisé une sé- rie de brides pour maintenir et tendre la fibre, afin d'éviter que la section de l'épissure touche la paroi de l'alésage, et on a également utilisé une monture mobile pour positionner le moule par rapport à la fibre On a utilisé de petites brides à genouillère à chaque extrémité poulr maintenir la fibre pen- dant que le micromanipulateur se trouvant au niveau de la bri- de de gauche est utilisé pour tendre la fibre Des ressorts incorporés dans le micromanipulateur limitent la valeur de la tension qui peut 4 tre appliquée Le moule est monté sur une autre plate-forme de micromanipulateur qui peut être position- née dans deux planso Avec cette configuration, on peut main- tenir la fibre au-dessus de l'ouverture du moule et on peut faire monter le moule avec précaution sous la fibre, et le positionner pendant qu'on le fait monter, afin que la fibre repose dans la rainure sans que la partie non revêtue de la fibre touche le moule Une fois que la fibre est en position, on bloque en position la moitié supérieure du moule et on in- jecte la matière de rev Stement dans le moule par ume seringue en matière plastique et la structure de blocage On a effectué des travaux initiaux pour démontre la faisabilité de la te- chnique en employant de courtes sections dénudées de fibre étirées à partir de Supersil 2, commercialisé par la firme Heraeus Amersil, ces fibres étant rev Stues d'une résine épo- xyde de type acrylate On a rétabli le rev Ctement de ces fi- bres en utilisant une résine époxyde à durcissement rapide O On a dénudé la fibre en utilisant de l'acide sulfurique con- centré à environ 200 C pendant 10 à 15 s Un temps d'immer- sion plus long conduit à lun gonflement important à l'extrémi- té du revêtement d'origine Ceci peut obturer effectivement le dégagement dans l'alésage d moule, entrainant un remplis sage incomplet. On a dénudé dans l'acide environ 1,5 cm du revete- ment d'origine On a rincé dan-: de l'acétone la section de fibre non revêtue et on l'a positiormée dans le moule de la manière décrite On a mélangé la résine époxyde et on l'a injectée lentement dans le moule pour éviter que la matière visqueuse pousse la fibre non revêtue et tendue contre la surface du moule Un fois que le mouvement du piston de la - seringue a cessé d'8 tre perceptible, on a positionné la bri- de autour du moule et de la seringue, et on a appliqué une pression jusqu'à l'apparition d'époxyde sortant par l'une ou l'autre des extrémités du moule, autour du revêtement d'ori- gine de la fibre Pour ces travaux, le diamètre intérieur de la rainure était de 305 pm, tandis que les fibres envisagées ici avaient des diamètres extérieurs de revêtement de 229 à 254 pmo On a laissé durcir l'époxyde à la température ambian- te pendant 15 à 20 minutes, avant de retirer la fibre du mou- leo Exemple 2 Une expérience destinée à tester la résistance mé- canique a consisté à rétablir le revêtement sur des sections de fibre dénudée, à des intervalles de 3,08 m, sur une lon- gueur de 27,72 m d'une fibre monomode de 110 pm, comportant un double re 4 etement Nylon sur silicone, de 229 pm de diamè- tre On a rétabli le revêtement en huit points, et on a fait passer la longueur de fibre résultante dans une machine de test de résistance réglée successivement à 3,5, 7, 10,5, et 14 Kbar Sept zones sur lesquelles le revêtement a été rétabli ont passé avec succès tous les niveaux de test de résistance, tandis qu'une n'a pas résisté à 14 Kbar L'exa- men après le test de résistance des zones de la fibre sur lesquelles on a rétabli le revêtement n'a révélé ni différen- ce d'aspect appréciable ni preuve de défaillance du rev 9 te- ment sous l'effet des efforts ou des flexions dans la machine de test de résistance. Exemple 3 On a de plus rétabli le revêtement à neuf emplace- ments dans de courtes longueurs de fibre en utilisant une fibre de 110 pm de diamètre, avec un revêtement d'acrylate d'uréthanede 250 pm de diamètre extérieur On a soumis les fibres à un test de traction pour déterminer la dégradation de la résistance mécanique initiale due au rétablissement du revêtement On a également soumis à un test de traction, à titre de contrdle, neuf longueurs de la fibre d'origine, sans dénudage et rétablissement du revêtement Des données montrent de façon évidente que le revetement d'époxyde réa- lisé en 5 minutes dégrade la résistance mécanique de la fi- bre par rapport à celle de la fibre revêtue d'origine Ce- pendant, la résistance moyenne d'environ 35 Kbar rend la technique viable pour revêtir des épissures. Exemple 4 On a répété l'exemple 3 en utilisant, au lieu d'époxyde, une silicone se vulcanisant à la température am- biante, en tant que matière de rétablissement du revêtement& Cette matière est une silicone de haute pureté ne contenant aucune résine de renfort abrasive La technique employée a été similaire à celle employée avec l'époxyde, à l'exception du fait qu'on a dirigé vers le moule un ventilateur soufflant de l'air chaud, afin de réduire le temps de dircissement de la silicone de 2 heures à environ 10 minutes Les résultats n'indiquent pratiquement aucune dégradation de la résistance mécanique due au rétablissement du revêtement Les résultats démontrent que la technique donne satisfaction, à condition de choisir avec soin la matière de revêtement. Exemple 5 On a répété l'exemple 4 en utilisant un revêtement durcissable par ultraviolet Pour cette expérience,le moule était constitué par une plaque acrylique qui, dans certaines formes, transmet la lumière ultraviolette Il faut noter que de nombreuses formes de plaques acryliques contiennent des absorbants pour l'ultraviolet et il faut prendre soin d'uti- liser des plaques acryliques ne contenant pas d'absorbant pour l'ultraviolet On a utilisé la technique de la manière décrite précédemment et on a durci la résine d'acrylate dur- cissable par ultraviolet en utilisant une lampe à arc au xénon fonctionnant en régime d'impulsion, avec 4 secondes d'exposition La lampe émet dans la gamme spectrale de 200 nm-400 nm, avec une cadence d'impulsions de 100 impulsions par seconde, et elle émet 1,2 joule par impulsion, ou 120 watts par train d'impulsions de 4 secondes Dans eet exemple, la matière de rétablissement du revêtement était identique à la matière de revêtement d'origine, et elle a donc donné une fibre revêtue de façon continue avec une matière de revête- ment uniforme On n'a observé aucune dégradation de la résis- tance mécanique de la fibre due au rétablissement du revete- ment. Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent 4 tre apportées au procédé décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Procédé pour rev'tir une partie non rev 9 tue ( 16) d'une fibre optique rev Ctue ( 14), caractérisé en ce que: on aligne cette partie avec une rainure ( 13) dans un moule ( 12) fendu, rainuré et ouvert, la rainure s'étendant au-delà des parties non rev 9 tues de la fibre, jusqu'à la partie revêtue de la fibre qui est adjacente à l'extrémité de la partie non revêtue de la fibre, la rainure ayant un diamètre D supérieur au diamètre d de la partie revêtue de la fibre optique; on tend la fibre optique; on réduit la distance entre le moule ouvert et la fibre de façon que la partie rev 9 tue de la fibre vienne en contact avec la surface de la rainure, tandis que les parties non rev 9 tues de la fibre ne viennent pas en con- tact avec la surface de la rainure; on aligne avec la fibre optique la rainure qui se trouve dans une seconde moitié ( 11) du moule fendu; on ferme le moule fendu; et on injecte une matière de revêtement durcissable (par 18) dans la rainure, jusqu'à ce que la matière de rev 6 tement s'écoule au moins jusqu'à la partie revêtue de la fibre, grace à quoi on obtient une fibre optique rev 4 tue de façon continue, après le durcis- sement de la matière de revêtement. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la rainure ( 13) est semi-circulaire ou en Vo 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la rainure ( 13) est semi-circulaire et a un diamètre inférieur à d + 0,015 cm. 4 Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'on tend la fibre optique avec une tension inférieure à 44,50 N mais supérieure à 0,445 No 5 Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la matière de rev Stement durcissable est pratique- ment identique à la matière de rev 9 tement d'origine. 6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la matière de rev Stement durcissable est une matière durcissable par ultraviolet. 7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la matière de revêterment durcissable est une matière de revêtement durcissable par ultraviolet et en ce qu'une partie au moins du moule est pratiquement transparente au rayonnement ultraviolet nécessaire pour durcir la matière durcissable par ultraviolet.