Brevet FR2521732A1 — publié le 19830819

Cette invention concerne les câbles à fibres optiques, en particulier mais non exclusivement les câbles utilisés dans les systèmes de télécommunication sous-marins. Plusieurs modèles de câbles à fibres optiques ont été proposés pour les systèmes sous-marins Le brevet américain 4 239 336 représente un câble à fibres optiques contenant un conducteur tubulaire central qui comporte une gaine externe et o se trouvent une ou plusieurs fibres optiques Dans une forme de réalisation, le conducteur électrique tubulaire est recouvert par un élément anti- déformant cylindrique qui est lui-même recouvert d'une saine diélectrique. Un autre brevet américain 4 156 104 (Richard C Mondello) présente un câble sous-marin constitué d'un conducteur interne composite conçu pour recevoir un système de fibres optiques Les éléments de renforcement sont constituées d'un filament allongé central et d'un certain nombre de couches de fils d'acier toronnés séparas du filament central par une âme isolante annulaire dans laquelle sont incorporées les fibres optiques Une gaine tubulaire métallique entoure les couches d'acier toronnées pour constituer à la fois un chemin d'alimentation des répéteurs optiques et une barrière de protection hermétique à l'humidité pour les fibres. Le problème du blocage de l'entrée de l'humidité vers les fibres d'un câble sous-marin d'une façon économique et fiable comporte certaines difficultés en particulier si l'on tient compte des autres exigences, particulièrement celles visant à éviter les contraintes radiales sur les fibres et les efforts de traction longitudinaux excessifs. Le câble à fibres optiques conforme à la présente invention est constitué d'une fibre optique au moins logée librement dans une âme métallique tubulaire, de deux couches au moins d'éléments de résistance à la traction disposéesautour de l'âme et formant la partie résistante à la traction du câble et unre couche de scellement hermétique entre l'âme et ladite partie résistante à la traction pour empêcher l'humidité d'atteindre dans l'âme. Selon un autre aspect de la présente invention, ii est prévu une méthode pour fabriquer un câble à fibres optiques dans laquelle une fibre optique au moins est logée librement dans un tube fendu lonaitudinalement, lequel est ensuite fermé autour de la fibre de manière que la fibre demeure libre à l'intérieur; on applique ensuite une couche de scellement hermétique autour du tube fermé, suivie d'une couche au moins d'éléments de résistance à la traction autour du tube pour former avec celui-ci une partie résistante à la traction étanche et conductrice de l'électricité. Les différents objets et caractéristicues de l'invention seront maintenant détaillés dans la description qui va suivre, faite à titre d'exeirle non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent la figure 1, une coupe dlun câb Le sous-marin à fibres optiques, selon une forme de réalisation de la présente invention, la figure 2, d'une faóon quelque peu schématique, une partie du procédé de fabrication permettant d'obtenir le câble de la figure 1, la figure 3, une représentation détaillée du toron de fibres optiques, les figures 4, 5 et 6, des représentations schématiques des étapes de la formation d'une partie du câble de la figure i et, la figure 7, d'une façon schématique, une autre partie du procédé de fabrication permettant de réaliser le câble de la figure 1. A la figure 1, le câble est composé d'un toron de fibres optiques placé au centre et comprenant un élément de renforcement du -toron A fait de fils d'acier à haute résitance à la traction couvant, si nécessaire, être plaqué de cuivre pour améliorer sa conductivité électrique et recouvert d'un revêtement plastique Al Autour de cet élément A se trouvent huit fibres optiques B à mode unique comportant un revêtement secondaire et qui sont retenues en même temps que l'élément de renforcement A au moyen d'un lien C, de préférence un ruban en fibres connues sous le nom de "Kevlar" dans la forme de réalisation décrite. Le toron de fibres est logée librement dans une âme tubulaire E qui, dans cet exemple, est en aluminium. L'âme métallique tubulaire E comporte une seule fente El par laquelle le toron de fibres optiques est introduit dans l'âme avant que l'élément tubulaire soit fermé pour former l'âme tubulaire rigide. Le toron de fibres optiques et l'intervalle annulaire entre le toron de fibres et la surface interne de l'élément tubulaire E sont imprégnés et remplis respectivement d'un produit assurant l'étanchéité contre l'eau, de préférence un produit hydrofuge au polybutane, en particulier celui vendu sous la marque HYVIS 2000 et commercialisé par B P Chemicals La principale fonction de ce produit d'étanchéité est de limiter pour l'essentiel les infiltrations longitudinales d'eau le long de l'âme, si le câble vient à être endommagé Alternativement, une résine époxy pourrait être utilisée pour former un adhésif rigide. Autour de l'âme E se trouve un laminé de scellement F Il s'agit d'un ruban plastique-thermo-scellable, par exemple un matériau éthyl-acrylique collé aux deux faces d'une mince bande d'aluminium Les bords de ce ruban se rejoignent en une position diamétralement opposée à celle de la fente El et le ruban est scellé à chaud autour de l'âme E pour former un joint hermétique autour de celle-ci Le ruban laminé augmente l'épaisseur de la paroi du tube aluminium fermé E La résistance à la pression de la structure combinée est donc accrue par rapport à celle du tube E seul. Autour de l'âme tubulaire E sont placées deux couches d'éléments de résistance à la tracinr tu câble, respectivement G et H La premiere ccuche G est composée de 10 à 20 fils d'acier à haute résistance à la traction et dont la taille est choisie selcn e diamètre extérieur de i'âme E, pour être radialement supportés par l'âme et pour constituer des ponts entre eux afin qu'avec la couche externe des fils d'acier H et l'âme tubulaire centrale E, soit constitué un ensemble de résistance à la traction conducteur de l'électricité et résistant R l'écrasement, procurant au câble la résistance à la traction qu'il doit avoir, soit pour les câbles sous-marins, une force de rupture de l'ordre de 18 tonnes et résistant également à l'écrasement afin que les fibres librement insérées dans l'orifice central de la partie tubulaire soient essentiellement préservées des contraintes de compression dans l'em Dloi du câble. La couche de fils extérieure H est faite de fils de taille plus petite que ceux de la couche intérieure et pontient de vingt cinq à quarante fils Dans la forme particulière décrite, la couche extérieure contient trente deux fils. Extrudée autour et au contact de la couche externe de fils résistant à la traction, une gaine en polyethylène J constitue un isolement électrique entre l'extérieur et les signaux électriques ou courants d'alimentation transmis, lorsque le câble est en service, par l'âme centrale conductrice E. Les deux couches d'éléments de résistance à la traction sont équilibrées en torsion, c'est-à-dire que la disposition des éléments de la couche intérieure est opposée à celle des éléments de la couche extérieure. Une ou plusieurs couches de blindage K peuvent être appliquées à l'extérieur de l'isolant J. Le câble est fabriqué de la façon que l'on va maintenant décrire Le toron de fibres optiques P représenté par la figure 3 est constitué de huit fibres optiques B avec un élément de renforcement A centralliés par un ruban en Kevlar Le ruban C illustré a une largeur relativement faible, du même ordre que celle d'une des fibres optiques, et l'angle d'enroulement du ruban est choisi pour laisser de grands intervalles entre les spires adjacentes du ruban afin que le produit d'étanchéité puisse aisément imprégner les interstices entre les fibres optiques et l'élément de renforcement A. Le toron de fibres o Dtiques P est enroulé sur un tambour et, pendant la fabrication du câble, est déroulé du tambour en passant d'abord par un réchauffeur électrique 10 (figure 2) avant de pénétrer dans une station 11 de revêtement et d'imprégnation dans laquelle le produit d'étanchéité (Hyvis) 12 est forcé dans une tête d'extrusion 13 L'ensenmble P se trouve ainsi imprégné et revêtu du produit d'étanchéité et le préchauffage du toron, la température de la tête 13 et la pression de l'extrusion sont réglés afin d'obtenir un revêtement d'épaisseur 12 a prédétermin'. L'ensemble revêtu et imprégné passe alors à la station suivante 20 o il pénètre dans un tube d'aluminium E' de section en "C" qui provient luimême d'un tambour de stockage Le tube E' comporte une ouverture juste assez grande pour accepter le toron revêtu à la station 20 et la configuration qui existe invëdiatement avant la sortie de la station 20 est illustrée par la coupe de la figure 4 La station comporte une série de filières de fermetur-e qui entrent en jeu pour fermer le tube de section en "C" sur le toron afin que le tube fermé E' sorte de la station 20 avec la configuration de la fiaure 5. L'espace annulaire entre le toron P et la surface interne du tube fermé E" est complètement rempli par le revêtement 12 a du produit d'étanchéité; en réalité, les dimensions sont telles que l'orifice du tube E" est légèrement sur-rempli afin qu'un petit surplus du produit soit éliminé du tube par les filières de fermeture de la station 20 et que le produit serve à lubrifier le tube lorsqu'il traverse les filières de fermeture. Après la station 2 U, le tube E fer-é est am e:é dans une station 30 d'applicaticn de iainé dans iaueie une bande de laminé F de polnéthvene/a'uminium/l - 'lne est débitée d'un tambour ou d'une bobine 32, passe sur les galets 33 pour entrer dans la station 30 o elle est pliée longitudinalement sur le tube E" afin que les bords Fa et Fb se recouvrent sur le côté du tube E" qui est diamétralement opposé a la fente E 1 fermée Le tube E" et la bande d'entourage passent alors par un réchauffeur 40 qui assure le scellement thermique de la bande sur la surface du tube d'aluminium. Entre les stations 30 et 40 se trouve une station de nettoyage 35 qui nettoie la surface extérieure du tube E" afin de la préparer pour l'opération de scellement thermique le la bande sur le tube. Après la station 40, le tube scellé hermétiquement passe dans des machines classiques de bobinage afin d'appliquer les couches G et H d'élément d'acier résistant à la traction déjà décrites, puis par un procédé d'extrusion pour extruder la gaine diélectrique J. Dans certaines applications, la gaine j n'est pas nécessaire Par exemple, un câble aérien ou une ligne en- terré peuvent être fabriqués de cette façon et n'exigent pas la mise en place d'un matériau dielectrique plastique. La combinaison du produit d'étanchéité et du tube à coupe "C" fermé et l'application de la bande laminée métal/plastique pour sceller l'extérieur du tube constituent une protection hermétique efficace pour les fibres optiques du câble De plus, la bande joue le rôle d'une couche d'assise entre le tube et les pièces résistant à la traction afin de participer à la souplesse du câble et de permettre que l'effet de pont des pièces résistantes soit plus facilement obtenu en rendant les tolérances moins critiques L'épaisseur de la bande est comprise entre 250 et 300 micromètres. Le diamètre hors tout du câble de la figure 1 (sans l'armure) est de 2,5 cm environ L'âme en aluminium E présente un diamètre extérieur fermé de 0, 7 cm environ et sa paroi a une épaisseur largement plus importante que le diamètre de l'une quelconque des fibres optiques B et est l'ordre de 1,5 mm Le toron des fibres optiques est libre dans l'alésage de l'âme avec un espace radial représentant environ un dixième du diamètre de l'ensemble. Il est bien évident que toutes les descriptions qui précèdent ont été données qu'à titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. a REVENDICATIONS 1 Câble à fibres opticues caractérisé en ce qu'il est constitué d'une fibre optique au moins logée librement dans une âme métallique tubulaire, deux couches au moins d'éléments de renforcement disposées autour de l'âme et formant l'élément de résistance à la traction du câble et une couche de scellement hermétique entre l'âme et le membre résistant pour empêcher l'entrée de l'humidité dans l'âme. 2 Câble conforme à la revendication 1, caracté- risé en ce que la couche-de scellement hermétique est composée d'une bande laminée plastique/métal scellée autour de l'âme. 3 Câble conforme à la revendication 1 ou à la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un produit d'étanchéité remplissant radialement l'espace entre la ou chaque fibre optique et alésage interne de l'âme. 4 Câble conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que le produit d'étanchéité à l'eau est un matériau visqueux ressemblant à de la gelée. Câble conforme à l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs fibres optiques constituant un toron avec élément de renforcement des fibres optiques maintenus par un lien à large pas. 6 Câble conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments de renforcement sont équilibrées en torsion. 7 C Able conforme à l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la couche interne des éléments de renforcement comporte de dix à vingt éléments résistant à la traction et la couche suivante de vinat-cinq à quarante éléments, les fils de la couche interne s'engageant respectivement et formant un pont autour de l'âme centrale, la couche interne et la couche externe étant enroulées dans des sens opposés et étant équilibrées en torsion. 8 Méthode de fabrication d'un câble à fibres optiques caractérisé en ce qu'elle comprend l'introduction sans tension d'une fibre optique au moins dans un tube fendu longitudinalement, la fermeture du tube sur la fibre de manière que la fibre reste libre à l'intérieur, l'applica- tion d'une couche de scellement hermétique autour du tube pour constituer avec lui un élément résistant conducteur de l'électricité et étanche à l'eau. 9 Méthode conforme à la revendication 8, caractériséeen ce que plusieurs fibres optiques constituent un toron avec un élément de renforcement grâce à un lien à large pas, ladite méthode comprenant le revêtement et l'imprégnation du toron de fibres optiques par un matériau visqueux hydrofuge, immédiatement avant son insertion dans un tube fendu, afin que l'intérieur du tube fendu interdise longitudinalement le passage de l'eau par l'action dudit matériau. Méthode conforme aux revendications 8 oui 9, caractérisée en ce que la couche de scellement est formée en appliquant une bande laminé plastique/métal autour de l'extérieur du tube et en scellant la bande à l'extérieur du tube. 11 Méthode conforme à l'une quelconque des revendications 8, 9 ou 10, caractérisée en ce que la première et la deuxième couche d'éléments résistant à la traction sont disposées autour de l'âme et sont équilibrés en torsion. 12 Méthode conforme à la revendication 11 caractérisée en ce qu'elle comporte l'extrusion d'une gaine de matériau électriquement isolant directement sur la coudhe extérieure des éléments de renforcement. 13 Méthode de fabrication d'un câble conforme à la revendication 11 caractérisée en ce que le cable est conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7. 14 Cable conforme à l'une quelconque des reven- dications 1 à 7 et caractérisé en ce qu'il est fabriqué par application d'une méthode conforme aux indications de l'une quelconque des revendications 8 à 12 comprise.