Brevet FR2507331A1 — publié le 19821210

Dispositif de jonction des extrémités de deux câbles sous-marins à fibres optiques La présente invention concerne un dispositif de jonction des extrémités de deux câbles sous-marins à fibres optiques, comprenant chacun un compartiment axial de logement des fibres optiques, une voûte de fils d'acier enroulés hélicoldalement autour de ce compartiment, un tube de cuivre rétreint sur la voûte, et une gaine isolante externe Elle concerne aussi un procédé de fabrication d'un tel dispositif. Cette jonction peut correspondre à la nécessité de réunir deux extrémités de câble au cours de la pose d'une ligne de transmission sous-marine, ou bien à celle d'effectuer une répara- tion en un point o un câble a été endommagé. Les câbles sous-marins à fibres optiques comportent généra- lement une âme comprenant les fibres optiques (placées dans des tubes de matériau plastique remplis de matière visqueuse ou dans des sillons hélicoïdaux sur le pourtour d'un jonc métal- lique ou en matière plastique), et une voûte formée de fils d'acier enroulés en hélice et recouverte d'un tube de métal conducteur ductile (cuivre ou aluminium) soudé longitudinalement et rétreint sur la voûte de fils d'acier, puis une gaine isolante en matière thermoplastique, telle que le polyéthylène. Le raccordement de deux extrémités de câbles ainsi constitués est difficile, car il faut à la fois souder ou coller bout à bout les fibres optiques des deux câbles, en laissant une surlongueur suffisante pour éviter la rupture des fibres sous l'effet d'une traction longitudinale assurer la continuité mécanique des voûtes porteuses-des deux câbles à travers la jonction, en supportant l'effort de traction subi par le câble lors des manipulations assurer l'étanchéité de la jonction à l'eau, même dans le cas des pressions élevées régnant dans les fonds sous-marins. Il n'a jusqu'ici été proposé aucun dispositif permettant de simplifier, de rationaliser et d'accélérer les opérations de jonction de deux extrémités de tels câbles, en dépit de 2 2- la lenteur d'une opération manuelle empirique et des incertitudes qu'elle entra Ine sur la résistance mécanique et l'étanchéité de la jonction. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvé- nients, et de procurer un dispositif et un procédé de jonction qui assurent à celle-ci une bonne résistance mécanique et une bonne étanchéité, et qui permettent d'exécuter rapidement le raccordement des extrémités des câbles, en laissant une surlongueur de fibres optiques leur permettant d'absorber des variations importantes de longueur ou de tension, ou une torsion. Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend a) une partie centrale comprenant i) un mandrin ou un tube autour duquel sont enroulées les extrémités des fibres optiques, soudées ou raccordées individuel- lement l'une à l'autre, ledit mandrin étant creusé d'un canal central dans lequel s'engagent les extrémités des compartiments axiaux de logement des fibres optiques, ii) un manchon en métal de résistance mécanique élevée entourant avec jeu le mandrin, et taraudé à ses deux extrémités, b) de chaque côté de la partie centrale, une partie latérale comprenant i) une pièce d'ancrage au moins en partie en métal de résistance mécanique élevée, percée du côté tourné vers la partie centrale d'un alésage cylindro-conique pour le passage et le logement des extrémités des fils d'acier formant voûte, et du côté opposé d'un alésage cylindrique de plus grand diamètre pour le logement du tube de cuivre et de la gaine externe isolante, et filetée sur une partie de sa surface externe de manière à se fixer dans le taraudage d'extrémité du manchon, u) une bague conique d'épanouissement et de maintien des fils d'acier formant voûte, percée d'un canal axial pour le passage du compartiment axial de logement des fibres optiques, -iii) un remplissage en résine synthétique durcissable occupant le volume libre entre la surface interne de la pièce d'ancrage 250733 1 3 - et la surface externe de la bague conique d'épanouissement, et jiii) un capuchon en résine synthétique entourant l'extrémité de la pièce d'ancrage, et se raccordant à la gaine du câble. Il répond en outre de préférence à au moins l'une des caractéristiques suivantes - Il comporte en outre une gaine thermorétractable autour de la jonction entre le manchon de la partie centrale et chacun des capuchons des parties latérales. Il comporte en outre une gaine thermorétractable autour de la jonction entre le'capuchon de chaque partie latérale et la gaine du câble correspondant. -La fraction cylindrique de l'alésage cylindroconique de la pièce d'ancrage est munie d'un joint y évitant toute pénétration de résine synthétique de remplissage avant son durcissement. Au moins la zone interne des pièces d'ancrage venant au contact des fils d'acier est en matière céramique électriquement isolante. La procédé de fabrication d'un dispositif de jonction selon l'invention est caractérisé en ce que: a) on élimine dans la zone de la jonction sur une longueur notablement supérieure à celle désirée pour ledit dispositif les fils d'acier formant voûte, le tube de cuivre rétreint et la gaine externe des extrémités des câbles, en laissant à nu les fibres optiques b) -on engage successivement sur les extrémités des compartiments des fibres optiques les capuchons en résine synthétique, les pièces d'ancrage et le manchon en métal, c) on coupe les fils d'acier formant voûte, le tube de cuivre rétreint et la gaine à la longueur nécessaire à celle désirée pour le dispositif, d) on introduit dans la partie conique de l'alésage cylindro- conique des pièces d'ancrage une certaine quantité de résine synthétique de remplissage durcissable et-épanouit les extrémités des fils d'acier formant voûte à l'intérieur de ladite partie conique, e) on introduit les pièces coniques d'épanouissement des fils d'acier de la voûte à l'intérieur des pièces d'ancrage, on remplit la totalité du volume compris entre les pièces d'an- crage, les extrémités des fils d'acier et les pièces coniques d'épanouissement de la résine synthétique de remplissage, puis on fait durcir la résine synthétique, f) on soude les fibres optiques à raccorder et enroule leur surplus de longueur par rapport à la longueur du dispositif autour du mandrin ou du tube, g) on ramène le manchon en métal autour de la partie centrale du dispositif et le visse aux deux pièces d'ancrage, h) on fait glisser les capuchons en résine synthétique jusqu'au contact du manchon en métal. De préférence, l'on engage sur les extrémités des compar- timents des fibres optiques des gaines thermorétractables avant les capuchons en résine synthétique, puis les fait se rétracter par chauffage au-dessus de la surface de contact entre les capuchons et le manchon en métal, après mise en place des capuchons, et/ou l'on engage sur les extrémités des compartiments des fibres optiques des gaines thermorétractables avant les capuchons en résine synthétique, puis les fait se rétracter par chauffage au-dessus de la zone de contact entre ces capuchons et les gaines des câbles. Il est décrit ci-après, à titre d'exemple et en référence aux figures du dessin annexé, un dispositif de jonction selon l'invention et son procédé de fabrication. La figure 1 représente l'ensemble du dispositif en élévation. La figure 1 A représente en coupe axiale la partie du dispositif à la gauche de l'axe XX de la figure 1. La figure 1 B représente en coupe axiale la partie du dispositif à la droite de l'axe XX de la figure 1. La figure 2 représente en coupe axiale la même partie du dispositif à la droite de l'axe X-X de la figure 1, mais dans laquelle la partie externe de la pièce d'ancrage est en matière céramique. Dans la figure 1, on voit le manchon métallique externe 8 du dispositif de jonction, deux capuchons d'extrémité 10, 10 ' en polyéthylène, et des gaines thermorétractables 11, 11 ' à l'extrémité gauche et 11 A, 11 A' à l'extrémité droite, destinées à assurer l'étanchéité, d'une part à la surface de contact entre le manchon métallique et les capuchons d'extrémité, d'autre part au raccordement du capuchon sur la gaine externe des câbles. Comme représenté dans les figures 1 A et 1 B, le dispositif de jonction comporte un mandrin axial 1, percé d'un canal central 2 pour le logement des extrémités 3, 3 ' des âmes contenant les fibres optiques (telles que des tubes de matière plastique remplis d'un matériau visqueux ou des joncs métalliques ou plastiques creusés de rainures hélicoïdales de réception des fibres optiques) Ce mandrin est maintenu en place à l'intérieur du manchon par des plots 1 A, 1 B, laissant subsister un certain jeu Les fibres optiques telles que 4, 4 ' sont enroulés autour du mandrin 1 et soudées en bout les unes aux autres, les soudures étant protégées par de petits manchons métalliques ou en matière plastique 4 A, 4 A'. De ce fait, en cas de tension ou de torsion sur le dispositif de jonction, les fibres optiques peuvent absorber les efforts, en glissant autour du mandrin. Les fils d'acier des voûtes 5, 5 ' de protection mécanique des câbles sont immobilisés par épanouissement entre les alésages internes cylindroconiques 6 A, 6 A> des deux pièces d'ancrage 6, 6 ' en acier, et la paroi externe conique de deux bagues coniques de maintien 7, 7 ', elles-mêmes percées d'un canal axial pour le passage des âmes des câbles 3, 3 '. On notera que les pièces d'ancrage 6, 6 ' ne sont pas symétriques, pour des questions de facilité de montage du dispositif, qui apparattront plus loin. L'espace resté entre les pièces d'ancrage, les bagues de maintien et les fils d'acier est rempli d'une résine époxyde durcie à chaud 12, 12 ', qui évite tout glissement de ces derniers après leur mise en place Les pièces d'ancrage 6, 6 ' sont filetées -6 - sur la majeure partie de leur surface externe, vers le milieu du dispositif, et vissées sur des taraudages internes des extré- mités du manchon en acier 8 Celui-ci n'est pas symétrique, pour des raisons de facilité de montage, comme déjà signalé à propos des pièces d'ancrage. Les tubes de cuivre 9, 9 ' rétreints sur les fils d'acier formant voûte des câbles, et les gaines externes de polyéthylène 13, 13 ' qui recouvrent ces tubes, sont engagés dans des logements cylindriques 14, 14 ' des extrémités des pièces d'ancrage du côté des câbles La continuité de l'étanchéité entre les gaines externes des câbles et les pièces d'ancrage est assurée par des capuchons 10, 10 ' en polyéthylène Les jonctions entre le manchon 8 et ces capuchons sont protégées des fuites résiduelles éventuelles par des gaines thermorétractables 11, 11 A Celles entre les capuchons et les gaines externes des câbles sont protégées par des gaines thermorétractables 11 ', 11 A' Des Joints toriques 15, 16 assurent l'étanchéité entre le manchon et les pièces d'ancrage, soit en aval du filetage ( 15) pour la pièce d'ancrage de gauche, qui n'est pas au contact de l'eau ambiante, soit en amont de celui-ci ( 16) pour la pièce d'ancrage de droite, qui vient au contact de celle-ci. Il est disposé enfin des joints toriques 17, 17 ' dans les canaux axiaux des pièces d'ancrage 6, 6 ', entre leurs alésages coniques et les logements 14, 14 ' des tubes de cuivre et des gaines des câbles Ces joints ont pour fonction d'empêcher la sortie de la résine époxyde des alésages coniques lors du remplissage par celle-ci de l'intervalle entre ces pièces d'ancrage, les fils d'acier et les bagues de maintien 7, 7 '. Le manchon externe peut aussi être symétrique par rapport aux deux pièces d'ancrage, et présenter dans sa partie gauche la mâme forme que dans la figure 1 B. Les pièces d'ancrage 6, 6 ' peuvent être formées partiellement d'un matériau céramique isolant, notamment si l'on veut isoler électriquement l'âme optique et les fils d'acier par rapport au manchon externe, en vue de faciliter la transmission des 7 - courants de téléalimentation des répéteurs et séparer leur potentiel de celui de L'eau environnante. La figure 2 représente ainsi la même partie du dispositif à la droite de l'axe X-X de la figuré 1, mais dans laquelle la zone interne 18 de la pièce d'ancrage 6 est en matière céramique électriquement isolante, de façon à isoler l'âme optique et la voûte de fils d'acier par rapport au manchon externe 8 ce qui facilite la transmission des courants de téléalimentation des répéteurs et les écarte du potentiel de la mer. La fabrication du dispositif qui vient d'être décrit s'effectue comme suit. On coupe les fils d'acier formant voûte 5 des extrémités des câbles sur une longueur suffisante, correspondant à la longueur désirée pour la cavité interne au manchon métallique. On coupe également les tubes de cuivre rétreints sur les fils d'acier 9 et les gaines externes 13 des câbles sur une longeur un peu supérieure, en fonction de la longueur des pièces d'ancrage. On engage de part et d'autre successivement sur les âmes à fibres optiques les manchons thermorétractables 11, 11 ', 11 A, 11 A', les capuchons de polyéthylène 10, 10 ', les pièces d'ancrage en acier 6, 6 ' munies de leurs Joints et le manchon externe en acier 8, en les faisant glisser le plus loin possible sur les âmes. On dénude alors les fibres optiques 4, 4 ' sur une longueur correspondant à l'excès nécessaire pour le raccordement. On épanouit alors les fils d'acier à l'intérieur des alésages coniques des pièces d'ancrage, après avoir rempli ces derniers d'un peu de résine époxyde chaude, on introduit les bagues coniques 7, 7 ' d'épanouissement des fils d'acier entre les fils d'acier, les âmes à fibres optiques 3, 3 ' passant à travers les canaux centraux des deux bagues On finit de remplir de résine époxyde l'espace compris entre les pièces d'ancrage, les fils et les bagues de maintien, puis on chauffe l'ensemble par l'extérieur pour polymériser et durcir la résine 8 - et bloquer les fils d'acier à l'intérieur des pièces d'ancrage. On soude alors deux à deux les fibres optiques à raccorder et enroule en hélice le surplus de longueur de celles-ci autour du mandrin 1, celui-ci étant centré sur les deux extrémités des âmes à fibres optiques qui sont engagées dans son canal axial On entoure les soudures des manchons de protection 4 A, 4 A'. On visse le manchon externe en acier 8 sur la pièce d'ancrage de gauche 6 munie d'un joint torique 15, puis on le ramène sur la jonction après avoir mis en place les plots de calage 1 A, 1 B, et le visse sur la pièce d'ancrage de droite 6 ', munie du joint torique 16. On fait alors glisser les capuchons en polyéthylène jusqu'au contact du manchon en acier, puis met en place les manchons thermorétractables et les chauffe, de manière à assurer l'étan- chéité des surfaces de raccordement La jonction est terminée. Bien que le dispositif de jonction et son procédé de fabrication qui viennent d'être décrits en référence aux figures du dessin paraissent la forme de réalisation préférable de l'invention, on comprendra que certaines modifications peuvent leur être apportées sans sortir du cadre de l'invention, certains des organes du dispositif ou certaines opérations du procédé pouvant être remplacés par d'autres qui procureraient un résultat technique analogue En particulier, on peut remplacer la fixation du manchon externe sur les pièces d'ancrage à l'aide de filetages par une fixation par des vis ou des tenons enfoncés ou vissés dans les corps des pièces d'ancrage Le manchon externe peut être symétrique par rapport aux deux pièces d'ancrage, en présen- tant alors des deux côtés la forme représentée sur la figure 1 B Les bagues de maintien des fils d'acier peuvent être bico- niques, et non plus coniques. Il est également possible de remplacer le mandrin destiné à recevoir l'extrémité raccordée des fibres par un tube qui prend appui sur des épaulements pratiqués sur les faces internes des deux pièces d'ancrage. _ 9- D'autre part, dans le cas o ces pièces d'ancrage sont entièrement métalliques, il serait nécessaire pour permettre la téléalimentation de répéteurs d'isoler par l'extérieur les pièces d'ancrage et le manchon externe métallique au moyen d'une gaine isolante en matière synthétique électriquement isolante, telle que le polyéthylène. On peut améliorer encore la protection contre les rentrées d'eau en remplissant d'un liquide hydrophobe (comme le polyisobutylène) l'espace intérieur dans lequel sont raccordées les fibres optiques. Enfin, l'étanchéité peut encore être améliorée en plaçant des joints encore plus efficaces entre le câble et l'entrée du bottier de raccordement. - REVENDICATIONS 1/ Dispositif de jonction des extrémités de deux câbles sous- marins à fibres optiques, comprenant chacun un compartiment axial ( 3, 3 ') de logement des fibres optiques ( 4, 4 '), une voûte de fils d'acier ( 5, 5 ') enroulés hélicoldalement autour de ce compartiment, un tube de cuivre ( 9, 9 ') rétreint sur la voûte, et une gaine isolante externe ( 13, 13 '), caractérisé en ce qu'il comprend a) une partie centrale comprenant i) un mandrin ( 1) ou un tube autour duquel sont enroulées les extrémités des fibres optiques, soudées ou raccordées individuel- lement l'une à l'autre, ledit mandrin étant creusé d'un canal central ( 2) dans lequel s'engagent les extrémités des compartiments axiaux ( 3, 3 ') de logement des fibres optiques, ii) un manchon ( 8) en métal de résistance mécanique élevée entourant avec jeu le mandrin, et taraudé à ses deux extrémités, b) de chaque côté de la partie centrale, une partie latérale comprenant i) une pièce d'ancrage ( 6, 6 ') au moins en partie en métal de résistance mécanique élevée, percée du côté tourné vers la partie centrale d'un alésage cylindro-conique ( 6 A, 6 A') pour le passage et le logement des extrémités des fils d'acier formant voûte, et du côté opposé d'un alésage cylindrique de plus grand diamètre ( 14, 14 ') pour le logement du tube de cuivre et de la gaine externe isolante, et filetée sur une partie de sa surface externe de manière à se fixer dans le taraudage d'extrémité du manchon, ii) une bague conique ( 7, 7 ') d'épanouissement et de maintien des fils d'acier formant voûte, percée d'un canal axial pour la passage du compartiment axial de logement des fibres optiques, iii) un remplissage en résine synthétique durcissable ( 12, 12 ') occupant le volume libre entre la surface interne de la pièce d'ancrage et la surface externe de la bague conique d'épa- nouissement, autour des extrémités des fils d'acier formant 11 - voûte, et iiii) un capuchon en résine synthétique ( 10, 10 ') entourant l'extrémité de la pièce d'ancrage, et se raccordant à la gaine du câble. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une gaine thermorétractable ( 11, 11 A) autour de la jonction entre le manchon de la partie centrale et chacun des capuchons des parties latérales. 3/ Dispositif selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une gaine thermorétractable ( 11 ', 11 A') autour de la jonction entre le capuchon de chaque partie latérale et la gaine du câble correspondant. 4/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la fraction cylindrique de l'alésage cylindro-conique de la pièce d'ancrage est munie d'un joint ( 17, 17 ') y évitant toute pénétration de résine synthétique de remplissage avant son durcissement - / Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'au moins la zone interne ( 18, figure 2) des pièces d'ancrage venant au contact du manchon est en matière céramique électriquement isolante. 6/ Procédé de fabrication d'un dispositif de jonction selon la revendication 1, caractérisé en ce que: a) on élimine dans la zone de la jonction sur une longueur notablement supérieure à celle désirée pour ledit dispositif les fils d'acier formant voûte ( 5, 5 '), le tube de cuivre rétreint ( 9, 9 ') et la gaine externe ( 13, 13 ') des extrémités des câbles, en laissant à nu les fibres optiques ( 4, 4 '), b) on engage successivement sur les extrémités des compartiments des fibres optiques les capuchons ( 10, 10 ') en résine synthétique, les pièces d'ancrage et le manchon en métal, c) on coupe les fils d'acier formant voûte, le tube de cuivre rétreint et la gaine à la longueur nécessaire à celle désirée pour le dispositif, d) on introduit dans la partie conique de l'alésage cylindri- 12 - conique des pièces d'ancrage ( 6, 6 ') une certaine quantité de résine synthétique durcissable de remplissage et épanouit les extrémités des fils d'acier formant voûte à l'intérieur de ladite partie conique, e) on introduit les pièces coniques d'épanouissement des fils d'acier de la voûte à l'intérieur des pièces d'ancrage, on remplit la totalité du volume compris entre les pièces d'ancrage, les extrémités des fils d'acier et les pièces coniques d'épanouis- sement de la résine synthétique de remplissage ( 12, 12 '), puis on chauffe l'ensemble pour durcir la résine synthétique, f) on soude les fibres optiques à raccorder et enroule leur surplus de longueur par rapport à la longueur du dispositif autour du mandrin ( 1) ou du tube, g) on ramène le manchon ( 8) en métal autour de la partie centrale du dispositif et le visse aux deux pièces d'ancrage ( 6, 6 '), h) on fait glisser les capuchons en résine synthétique ( 10, ') jusqu'au contact du manchon en métal. 7/ Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on engage sur les extrémités des compartiments des fibres optiques des gaines thermorétractables ( 11, 11 A) avant les capuchons en résine synthétique ( 10, 10 ') puis les fait se rétracter par chauffage au-dessus de la surface de contact entre les capuchons et le manchon en métal, après mise en place des capuchons. 8/ Procédé selon les revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que l'on engage sur les extrémités des compartiments des fibres optiques des gaines thermorétractables ( 11 ', 11 A') avant les capuchons en résine synthétique, puis les fait se rétracter par chauffage au-dessus de la zone de contact entre ces capuchons et les gaines des câbles.