Brevet FR2541781A1 — publié le 19840831

La présente invention concerne un procédé pour fabriquer une âme de câble contenant des fibres optiques. On a fabriqué et mis en oeuvre des câbles à fibres optiques dans des systèmes de télécommunications, mais on n'a pas fabriqué de tel câbles pour l'utilisation dans des systèmes de télécommunications sous-marins à longue distan- ce Tout câble de télécommunications posé au fond de la mer est soumis à certains facteurs d'environnement évidents, comme une basse température, une pression exerçant une com- pression élevée et l'action d'eau corrosive Un câble sous- marin doit en outre pouvoir supporter les efforts de trac- tion et de flexion élevés qui apparaissent pendant les opé- rations de pose et de récupération du câble. Jusqu'à présent, un câble sous-marin contenant des fibres optiques a été décrit dans le brevet US 4 146 104 Un tel câble comporte des fils d'acier toronnés qui sont séparés d'un filament central par une âme dans laquelle les fibres sont noyées. Un problème se manifeste dans le câble contenant les fibres optiques lorsque le câble et son âme sont utili- sés dans un système de télécommunications sous-marin. L'atténuation mesurée des fibres optiques incorporées dans le câble dépend des contraintes présentes dans le câble. Les contraintes dans le câble au cours de la fabrication; de la pose et de l'exploitation du système à câble produisent des fluctuations importantes de l'atténuation optique dans les fibres, ce qui complique les processus de mise en servi- ce, d'alignement et d'exploitation du système de télécommu- nications sous-marin. Ce problème est résolu par un nouveau procédé de fabrication d'une âme de câble contenant des fibres opti- ques Dans ce nouveau procédé, on chauffe un élément de ren- fort central et on extrude une première couche d'élastomère thermoplastique sur l'élément de renfort central chauffé On met en place des fibres optiques sur la première couche d'élastomère thermoplastique, avec un mouvement planétaire. On extrude une seconde couche de matière thermoplastique sur les fibres et cette seconde couche s'unit à la première. L Uinvention sera-mieux comprise à la lecture de la description détaillée-qui va suivre d'un mode de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels La figure 1 est une coupe d'un mode de réalisation d'une âme de câble de-télécommunications contenant des fibres optiques; La figure 2 est un croquis en élévation latérale d'une machine incorporée dans une installation de fabrica- tion d'une âme de câble contenant des fibres optiques, confor- me à la figurel; 1 La figure 3 est un croquis en vue en élévation, de face, d'une toronneuse à mouvement planétaire pour ia-mise en place de fibres optiques; et La figure 4 est un croquis en coupe latérale de la toronneuse à mouvement planétaire, selon l'axe de la figure 3. On va maintenant considérer la figure 1 qui montre une coupe 12 d'une âme de câble de télécommunications sous- marin contenant des-fibres optiques prévues pour la trans- mission de signaux optiques L'âme de câble 12 comprend un élément de renfort allongé-central, ou porteur central, 18, des fibres optiques 20 noyées dans un élastomère thermoplas- tique 22 et une gaine de polymère 23 entourant l'élastomère. L'élément de renfort central allongé, ou porteur central, 18, est un fil central de section transversale cir- culaire, qui assure la résistance mécanique de l'âme 12 pen- dant les processus de fabrication de l'âme et du câble On utilise de façon caractéristique de l'acier à haute résistan- ce-revêtu de cuivre La circonférence de l'élément de renfort est représentée par une ligne épaisse pour indiquer le reve- tement de cuivre Le fil central a un diamètre caractéristi- que de 0,8 millimètre La valeur minimale de la section trans- versale du porteur central 18 est déterminée par les efforts de traction et de flexion imposés par les processus de fabrication du câble Pendant deux opérations de traitement des processus de fabrication de l'âme du câble, le porteur central constitue le principal élément de résistance mécani- que On utilise le porteur central pour tirer l'âme en cours de croissance à travers diverses machines, pendant que des matières sont ajoutées pas à pas à chacune des opérations. Une fois que l'âme est complètement fabriquée, elle est incorporée dans un câble et elle est installée et utili- sée au fond de la mer, et le fil central 18 constitue alors un conducteur central d'une structure de câble coaxial qu'on utilise pour la transmission à basse fréquence d'informations de surveillance, de maintenance et de commande Du fait de la fonction du conducteur central coaxial, on choisit le porteur central de façon qu'il ait une conductivité au moins égale à % de la conductivité d'un fil de cuivre électrolytique de taille équivalente. Dans une autre configuration du câble pour l'utili- sation dans un système de télécommunications terrestre qui n'utilise pas de signalisation mais qui fonctionne avec des températures ambiantes qui varient sur une plage beaucoup plus étendue que les températures de la mer, l'élément de renfort central allongé peut être fabriqué à partir de verre à haute résistance mécanique, par exemple sous la forme d'un faisceau de fibres de verre à haute résistance mécanique noyées dans un polymère. L'élastomère 22 est une matière d'enrobage pour fibres optiques, comme un polyester thermoplastique de qua- lité "extrusion", qui est vendu sous la marque HYTREL par E I du Pont de Nemours and Company et qui est appliqué sur le porteur central 18 pendant la première opération de fabrication de l'âme Des renseignements détaillés décrivant la famille de polyesters HYTREL sont donnés dans les docu- ments suivants: Rubber Age, 104, 3, pages 35-42 ( 1972) Proceedings of the International Wire and Cable Symposium, pages 292-299 ( 1975); et Polymer Engineering and Science, Vol 14, N O 12, pages 848-852 (décembre 1974) L'élastomère thermoplastique enrobe complètement plusieurs fibres opti- ques séparées pour les protéger et les positionner près du centre du câble Dans cette configuration, les fibres sont placées près de l'axe neutre de flexion du câble Du fait que l'élastomère entoure complètement chaque fibre contenue dans l'âme, il forme une structure tampon destinée à iso- ler chaque fibre vis-à-vis de charges localisées résiduelles qui résultent de la pression présente au fond de la mer On minimise ainsi la microcourbure des fibres et les pertes optiques associées produites par une telle microcourbure, en ce qui concerne les effets de la pression présente au fond de la mer. La figure 2 montre une ligne de machines qu'on utilise pour fabriquer l'âme du câble par une série d'étapes de traitement Dans le processus de fabrication de l'âme, le porteur central 18 est déroulé à partir d'une bobine 30, avec une tension et une vitesse commandées La tension est maintenue constante par un jeu de galets mobiles 31 Le por- teur central est redressé, nettoyé dans un bain de trichlo- réthane 32 et chauffé dans-un dispositif de chauffage 33. Une première couche d'élastomère thermoplastique, qui est amenée par chauffage dans un état plastique, est extrudée par une extrudeuse 3 E, directement sur le porteur central 18 chauffé Une jauge 36 détermine l'épaisseur de l'élastomère et règle la vitesse du fil pour maintenir l'épaisseur de l'élastomère dans des limites prédéterminées Une toronneuse à mouvement planétaire 40 dépose en hélice de façon caracté- ristique'six à douze fibres optiques sur la première couche d'élastomère, avec un mouvement planétaire, et en espaçant uniformément les différentes fibres sur la première couche d'élastomère. Comme le montrent les figures 3 et 4, la toronneuse à mouvement planétaire 40 est conçue de façon à enrouler une ou plusieurs fibres optiques autour du porteur central revê- tu, 41, avec un mouvement planétaire, pendant que le porteur central passe par'le centre de la toronneuse sans aucun mou- vement de torsion Une roue 60 est conçue de façon à tourner autour du porteur central revêtu, en portant une ou plusieurs bobines 62, chacune d'elles débitant une longueur continue de fibre optique Un tube axial 73 forme l'axe de rotation pour la roue 60 et le reste de la toronneuse à mouvement planétai- re 40 Le porteur central revêtu passe à travers le tube axial 73, de la gauche vers la droite sur la figure 4 Un guide d'entrée 74 et un guide de sortie 75 maintiennent le porteur central revêtu dans l'axe du tube 73 Chaque bobine 62 comporte un axe 63 qui a une orientation fixe, par exemple parallèle au sol ou à la base de la toronneuse 40 Chaque bobine 62 emmagasine une longueur de fibre optique 20 qui est débitée pour être enroulée en hélice autour de la premiè- re couche d'élastomère revêtant le porteur central. Chaque bobine 62 est montée de façon à débiter la fibre directement vers un guide et une poulie, afin de mini- miser le changement de longueur de la fibre entre la bobine et une filière d'application 80, pendant que la bobine 62 et la roue 60 tournent autour du porteur central Chaque bobine 62 est en outre enfermée séparément dans un boîtier 64 qui tourne autour du porteur central revêtu, avec la roue 60 et la bobine située à l'intérieur Pendant que le boîtier 64 tourne avec la roue 60, il peut tourner librement autour d'un axe 69 Les axes 69 pour tous les boîtiers 64 sont parallèles entre eux et parallèles au porteur central revêtu 41 Un frein à hystérésis et à aimant permanent produit un couple constant pour commander la tension de la fibre Le boîtier 64 contient également un guide 65 ayant un trou cen- tral destiné à maintenir la fibre optique coaxiale par rapport à l'axe 69 lorsque tous deux tournent autour du por- teur central, sur la circonférence d'un cercle. En quittant le guide 65, la fibre 20 passe sur une poulie 67 et traverse un autre guide 68 pour entrer dans un tube 70 La poulie 67 est montée sur un rayon 71 qui est fixé au tube axial 73 L a poulie 67 tourne ainsi autour de - son axe 72, tandis que cet axe est en position fixe par rapport au tube axial 73 qui entoure le porteur central revêtu 41. Chaque tube 70 enferme une fibre optique depuis la sortie-d'un boîtier de poulie de bobine 77 jusqu'à l'entrée d'un boîtier de filière d'application 78 Le boîtier de pou- lie de bobine 77 enferme la poulie 67 et le guide 68, ce qui établit ainsi fondamentalement une enceinte pour la fibre depuis le-guide 65 jusqu'au tube 70 Lorsque la fibre optique sort du tube 70 et pénètre dans le boîtier de filière d'application 78, -elle passe sur une poulie de filière d'application 79 et pénètre dans une filière d'application tournante 80 Il y a une ou plusieurs poulies de filière d'application 79, et chacune d'elles est montée sur un rayon fixé au tube axial 73 Un axe 81 de chaque poulie de filière d'application 79 est monté en position fixe par rapport au tube axial 73 et par rapport à l'axe 72 de la poulie 67 asso- ciée La poulie 67 et la poulie de filière d'application 79 associée tournent donc ensemble autour du tube axial 73 et changent la direction du déplacement de la fibre optique entre la bobine 62 et la filière d'application tournante 80. Une longueur de fibre constante est maintenue entre le guide et la filière d'application tournante 80 La longueur de fibre change très peu entre la bobine et son guide 65 asso- cié pendant chaque rotation de la roue 60 On minimise le changement de longueur de la fibre entre les bobines 62 et la filière d'application tournante 80 en positionnant chaque bobine de façon qu'elle débite à travers le guide 65 et sur la poulie 67, qui sont tous deux en position fixe par rapport à -la poulie de filière d'application 79 et à la filière d'application tournante 80. Chaque groupe de bottiers 64, 77 et 78 et le tube enferment de façon continue l'une des fibres optiques depuis la bobine 62 jusqu'à la filière d'application tournan- te 80 Pendant le fonctionnement, cette configuration fermée empêche le fouettement de la fibre. La filière d'application tournante 80 est conçue de façon à appliquer les fibres optiques sur le porteur central revêtu 41 La filière 80 est dimensionnée de façon à mainte- nir la fibre optique en contact intime avec la première cou- che d'élastomère La filière 80 tourne avec la roue 60, le tube axial 73 et les poulies de filière d'application 79, pour appliquer les fibres optiques contre la première couche d'élastomère, sans communiquer de forces latérales aux fibres. Du fait que le porteur central revêtu 41 traverse directement le tube axial 73 et que les fibres sont enroulées autour du porteur central revêtu, les fibres sont déposées en hélice sur la première couche d'élastomère 22 de la figure 1. Du fait que les axes 63 des bobines 62 sont maintenus dans une orientation fixe par rapport au sol, les fibres sont déposées en hélice avec un mouvement planétaire La torsion induite dans la fibre est donc très faible. En sortant de la filière d'application tournante de la figure 4, l'âme du câbleen cours de croissance tra- verse une filière d'application fixe 82 destinée à établir la position des différentes fibres optiques avec des toléran- ces prédéterminées. En retournant à la figure 2, on note qu'une seconde couche d'élastomère thermoplastique est extrudée dans un état plastique, par une extrudeuse 42 Cependant, cette seconde couche d'élastomère est extrudée sur la première couche d'élastomère et sur les fibres optiques La seconde couche d'élastomère thermoplastique s'unit à la première couche d'élastomère entre les fibres optiques, de façon que l'élasto- mère thermoplastique entoure complètement chacune des fibres. La première opération de fabrication de l'âme s'achève par le passage de l'âme partiellement formée dans un bain d'eau 43, pour refroidir l'âme Après avoir été refroidie, l'âme traverse un guide 45 et un jeu de galets mobiles 46 avant d'être enroulée sur une bobine réceptrice 50 Toutes les étapes de fabrication précédentes sont effectuées en une seule passe continue dans la ligne de machines qui est représentée sur la figure 2 - Dans la seconde opération de fabrication de l'âme, on recouvre'la surface extérieure de l'élastomère 22 de la figure 1 avec une gaine-de polymère protectrice 23. Un type de polymère utilisé pour la gaine est le Zytel 153 L, NC 10, c'est-à-dire un Nylon 6/12 fourni par E I du Pont de Nemours-and Company Cette gaine a un point de fusion de 2130 C On choisit le polymère de façon qu'il ait un module de flexion élevé, une résistance à l'abrasion élevée et une résistance mécanique élevée, en plus du point de-fusion élevé désiré Il est relativement dur et absorbe aussi peu d'eau que possible Dans cette seconde opération de fabrication de l'âme, l'âme partiellement formée est déroulée à partir de la bobine et la gaine de polymère 23 est extrudée sur l'élastomère 22 Le polymère est chauffé jusqu'à son état plastique avant d'être extrudé Cette gaine termine l'âme 12 de la figure 1 qui traverse à nouveau un bain d'eau de refroidissement avant que l'âme terminée ne soit enroulée sur une bobine réceptrice. Du fait que l'élastomère 22 entoure complètement les fibres 20 et que la gaine de polymère 23 entoure l'élas- tomère, les fibres suivent l'élastomère et la gaine. Deux opérations supplémentaires permettent de fabriquer une structure de câble complète à partir de l'âme 12 terminée Des détails du processus de fabrication du câble sont indiqués dans la demande de brevet française déposée le même jour par la demanderesse sous le titre "Procédé de fabrication d'un câble à fibres optiques". On vient de décrire un procédé de fabrication d'une âme de câble contenant des fibres optiques, conformément à l'invention Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Procédé de fabrication d'une âme de câble com- prenant un élément de renfort central et un ensemble de fibres optiques, caractérisé en ce qu'on chauffe l'élément de renfort central ( 18); on extrude ( 35) une première couche d'une matière thermoplastique sur l'élément de renfort cen- tral chauffé; on dépose l'ensemble de fibres optiques ( 20), en hélice, avec un mouvement planétaire ( 40), sur la couche de matière thermoplastique ( 22); et on extrude ( 42) une seconde couche de matière thermoplastique ( 22) sur l'ensemble de fibres optiques, de façon qu'elle s'unisse à la-première couche de matière thermopiastique ( 22). 2 Procédé de fabrication d'une âme de câble selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on extrude en série les première et seconde douches de matière thermopiastique ( 22) pendant une seule passe de l'élément de renfort central dans une ligne de fabrication. 3 Procédé de fabrication d'une âme de câble selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une toronneuse à mouvement planétaire ( 40) dépose les fibres optiques sur la première couche de matière thermoplastique ( 22); plusieurs bobines ( 62) faisant partie de la toronneuse débitent les fibres optiques; les fibres optiques passent des bobines vers une filière d'application tournante ( 80) en traver- sant-une enceinte ( 64, 77, 78, 70); et l'élément de renfort central ( 18), revêtu de la première couche de matière ther- moplastique ( 22) et sur lequel les fibres optiques sont enroulées, traverse la filière d'application tournante ( 80) sans appliquer de forces latérales aux fibres optiques.