Brevet FR2579975A1 — publié le 19861010

La présente invention concerne la préparation d'épissures de fibres optiques par fusion et, en particulier, un procédé de pré- paration permettant d'obtenir une épissure suffisamment résistante pour pouvoir être revêtue de gaines de rétablissement de continuité en matière plastique La réalisation d'épissures de fibres optiques constitue un aspect important de la fabrication et de l'installation de systèmes à fibres optiques terrestres et immergés. Dans de nombreuses appli- cations terrestres, les épissures sont placées dans des bottes d'épissures qui leur évitent d'être soumises à des contraintes lors de l'exploitation. La première exigence imposée à une épissure de ce - type est donc de réaliser une liaison avec une perte optique faible, la résistance de l'épissure obtenue étant relativement secondaire. Conformément à une pratique classique, la réalisation d'une épissure par fusion pour ce type d'application nécessite de dénuder la ou les gaines en matière plastique pour dégager les extrémités de deux fi- bres de verre (silice) à épissurer, de cliver Ies fibres dénudées pour obtenir des faces extrêmes planes perpendiculaires aux axes res- pectifs des fibres, de réaliser une épissure par fusion entre les ex- trémités préparées, et enfin d'appliquer une quelconque gaine de pro- tection pour recouvrir la région dégagée subsistante de fibre dénudée. Cette technique peut également être mise en oeuvre pour les applications de câbles sous-marins o les épissures sont placées dans des bottiers de jonction de câbles spéciaux. Cependant, pour réaliser des économies lors de la fabrication et de la pose des câ- bles sous-marins, il est souhaitable que le câble soit réalisé en lon- gueurs d'un profil uniforme, égales à la distance séparant des régé- nérateurs (répéteurs) consécutifs. Les procédés de fabrication de fi- bres actuellement utilisés ne permettent pas d'obtenir des fibres aussi longues et il est donc nécessaire de réaliser des épissures à intervalles réguliers sur la longueur de la fibre, sans produire des renflements sur le profil du câble. A cet effet, il est nécessaire de prévoir une épissure pouvant être revêtue d'une gaine de rétablisse- ment de continuité en matière plastique au niveau de l'épissure de -2 - 2579975 manière à obtenir sensiblement le même diamètre que celui de la fibre entourée de ses gaines initiales. Plus particulièrement, la résis- tance de la fibre dans la zone de rétablissement de continuité doit être très proche de celle du reste de la fibre car, lors des opéra- tions ultérieures de câblage, de pose et lors de l'exploitation, les épissures risquent d'être soumises aux mêmes contraintes que d'autres zones de la fibre à l'intérieur du câble. Dans ce type d'applica- tions, la limitation des pertes optiques constitue un critère impor- tant pour juger de la qualité d'une épissure, mais sa résistance est un facteur tout aussi capital. La présente invention a pour but d'obtenir une résistance élevée, et le procédé préféré pour réaliser les épissures se diffé- rencie du procédé classique par fusion en ce que la gaine primaire en matière plastique appliquée sur les fibres à épissurer n'est enlevée qu'à l'issue du clivage, et en ce que, ensuite, la zone de fibre dé- nudée, qui subsistera après que les extrémités clivées auront été épissurées par fusions, n'est en contact avec aucun élément solide jusqu'à ce que la continuité ait été rétablie. Conformément à l'un des aspects de la présente invention, il est prévu un procédé permettant d'épissurer par fusion les extrémités d'une paire de fibres optiques en verre revêtues d'au moins une gaine en matière plastique, dans lequel chaque fibre est clivée en un point proche de l'une de ses extrémités, les extrémités clivées étant réu- nies par une épissure par fusion, et une gaine de rétablissement de continuité en matière plastique étant appliquée pour recouvrir la zo- ne de fibre de verre dénudée s'étendant dans les deux directions à partir des extrémités clivées et épissurées par fusion, ce procédé étant caractérisé en ce que le clivage est effectué en un point o au moins la gaine en matière plastique en contact direct avec le verre reste intacte, et en ce qu'à aucun moment les côtés de ces zones de fibre de verre dénudée ne sont en contact avec une quelconque surface solide autre que celle de la gaine d'origine et celle de la gaine de rétablissement de"continuité. - - L'invention fournit également un procédé permettant d'épis- surer par fusion une paire de fibres optiques en verre revêtues d'au moins une gaine de protection en matière plastique, dans lequel les extrémités clivées sont préparées en vue de la fusion sans que la gaine en matière plastique en contact avec le verre ne soit préala- blement enlevée du verre à l'endroit o le clivage est réalisé. De manière typique, mais non essentielle, le verre des fi- bres possède une structure de guide d'ondes, et les gaines en matière plastique sont protectrices. Les différents objets et caractéristiques de l'invention se- ront maintenant détaillés dans la description qui va suivre, faite à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées 1 et 2 qui représentent, sous forme schématique, des étapes successives d'un procédé de réalisation d'une épissure par fusion. Le premier procédé décrit concerne l'épissurage par fusion d'une fibre optique en silice 10 de 125 microns de diamètre, qui pos- sède une structure de guide d'ondes à l'intérieur de la silice, et qui est revêtue d'une gaine primaire en plastique silicone 11 d'un diamètre d'environ 270 microns, et d'une gaine secondaire en nylon 12 d'un diamètre de 850 microns. Pour préparer une extrémité d'une fibre de ce type en vue du clivage, la gaine secondaire en nylon 12 est retirée à partir d'un point 13 situé à une distance prédéterminée "d", par exemple d'envi- ron 35 mm, de l'extrémité de la fibre à l'aide d'un outil mécanique dont le principe est semblable à celui d'un outil à dénuder les fils. Une longueur beaucoup plus courte "1', par exemple d'environ 1 cm, de la gaine primaire dénudée 11 est ensuite retirée à partir de l'ex- trémité de la fibre à l'aide d'une boucle de fil de nylon. Cette opé- ration a pour but de dégager une partie de fibre nue 10 suffisamment longue pour être serrée par une pince 14 de l'appareil utilisé pour le clivage. Cet appareil comprend une seconde pince 15 qui est prévue pour serrer la gaine secondaire près de son extrémité 13. Après avoir serré la fibre dans ces deux pinces, ces dernières sont éloignées l'une de l'autre selon une tension prédéterminée, par exemple d'envi- ron 2 newtons (environ 200 g). Une enclume 16, présentant un rayon de mm, est située sous la fibre en tension, à une hauteur juste suf- isante pour que la fibre puisse épouser la courbure de l'enclume à i endroit o elle drit être clivée, et un outil de coupe en forme de diamant 17 est abaissé délicatement sur la gaine primaire 11 de la fibre 10 reposant sur l'enclume. L'outil de coupe est conçu pour ap- pliquer une charge d'environ 0,02 newtons (environ 3 g) sur la fibre, ce qui est suffisant pour entamer la gaine primaire et provoquer le clivage de la fibre lorsque l'arête de coupe atteint le verre, après quoi les deux pinces s'éloignent l'une de l'autre. Il est prévu que le clivage intervient à une distance définie 's", par exemple d'envi- ron 9 mm, de l'extrémité 13 de la gaine secondaire. Il est ensuite nécessaire de dénuder la gaine primaire 11 sur une faible longueur à partir de l'extrémité clivée, de manière qu'aucune partie du matériau de gaine ne se trouve à proximité de l'épissure par fusion et ne risque de la contaminer lors de sa réali- sation. Pour retirer la gaine primaire, il faut veiller à ce qu'au- cune surface solide ne vienne au contact de la fibre nue et n'en al- tère la résistance. Une manière commode de retirer cette gaine consiste & la dissoudre dans de l'acide sulfurique pur concentré en plongeant l'extrémité clivée de la fibre dans l'acide jusqu'à une hauteur prédéterminée 'h", par exemple d'environ 3 à 4 mm. L'extrémi- té est ensuite rincée à plusieurs reprises avec de l'eau déminérali- sée pour éliminer toute trace d'acide. Après chaque rinçage, l'excé- dent d'eau peut être éliminé en tapotant la gaine secondaire de la fibre près de l'extrémité 13. Lorsque deux extrémités de fibre ont été préparées selon cette procédure, elles sont montées dans des pinces 20 (figure 2) de l'appareil d'épissurage par fusion. Chacune de ces pinces comprend un patin 21 qui repose sur la gaine secondaire et un second patin 22 qui repose sur la gaine primaire. La distance s-h de gaine primaire dénu- dée est suffisamment grande pour permettre de loger le patin 22 sans risquer que la partie dénudée ne vienne au contact d'une quelconque partie du patin. Les deux patins 20 peuvent se déplacer indépendamment l'un de l'autre, et ils sont commandés par un micromanipulateur pour ali- gner exactement les axes des deux fibres, les faces extrêmes clivées étant normalement distantes de moins de 1 micron. Les fibres sont en- suite éloignées axialement l'une de l'autre hors de la zone dans la- quelle elles risquent d'être contaminées par l'impact d'un arc élec- trique (non représenté). Le sens de déplacement est alors inversé et elles sont ramenées axialement l'une vers l'autre pour se rencontrer et fondre dans l'arc. Après avoir éteint l'arc, les deux fibres, qui sont alors réunies par leurs extrémités, sont placées dans une rainure en V d'une platine en polytétrafluoréthylène (non représentée) pour réta- blir la continuité de la gaine primaire dans la zone dénudée de la fibre. La longueur de la rainure en V est inférieure à 2s, mais sen- siblement supérieure à 2h, de manière que la gaine primaire des fi- bres soit placée dans la rainure sans que la zone de fibre nue risque d'entrer en contact avec la platine. Une goutte de résine silicone fraîchement préparée est alors appliquée sur la zone de fibre nue et s'écoule par capillarité le long des épaulements de la gaine primaire 11. La résine est durcie sur place en actionnant un dispositif de chauffage implanté dans la platine. Enfin, après avoir rétabli la continuité de la gaine primai- re, l'ensemble est retiré de la platine et placé dans un moule pour injection (non représenté) pour y recevoir une gaine secondaire de rétablissement de continuité en nylon qui est réalisée entre les deux épaulements 13 et présente sensiblement le même profil que la gaine secondaire 12. Cette méthode a permis de d'obtenir, en production courante, des épissures capables de résister à des contraintes dynamiques de l'ordre de 2 à 4 %; en revanche, les épissures réalisées avec le mê- me appareil, mais en enlevant simplement davantage de gaine primaire pour que la fibre nue soit clivée et que les patins 22 reposent sur la fibre nue, sont nettement moins fiables et cassent en général à des contraintes inférieures à 1 %. Ces valeurs de contrainte corres- pondent a des épissures dépourvues de gaines de rétablissement de continuité en matière plastique. Des modifications mineures ont été effectuées pour adapter la méthode, décrite ci-dessus, d'épissurage par fusion de fibres à gaines primaires en plastique silicone, à l'épissurage par fusion de - 6 - 2579975- fibres revêtues d'acrylate. De manière typique, mais non essentielle, les fibres de ce type ne sont pas revêtues d'une gaine secondaire en matière plastique. Cependant, les principales différences de procédu- re résultent des différences de propriétés entre les résines silicone et acrylate. L'une de ces différences réside notamment en ce que les gaines primaires en résine silicone peuvent être facilement enlevées, a température ambiante, par dissolution dans de l'acide sulfurique pur concentre, tandis qu'on a constaté que les gaines en acrylate ré- sistaient à ce traitement et nécessitaient de porter l'acide à une température nettement plus élevée, par exemple supérieure à 120 C et habituellement égale à environ 180 C. Une procédure différente est donc préconisée pour enlever la gaine en acrylate afin d'éviter le recours à de l'acide concentré chaud. Un outil type pince à dénuder (non représenter) est utilisé pour pratiquer, dans la gaine en acrylate, deux entailles circonfé- rentielles suffisamment profondes pour atteindre le verre sous-ja- cent. Ce type d'outil a été spécialement conçu pour dénuder des fi- bres optiques revêtues de fines gaines en matière plastique. L'une des entailles est réalisée à une distance "1' de l'extrémité de la fibre devant le point de clivage, et l'autre à une distance 'h' de l'extrémité de la fibre derrière le point de clivage. Cependant, la seconde entaille est pratiquée avant de procéder au clivage. Après avoir réalisé les deux entailles, l'extrémité de la fibre est plongée dans un solvant approprié, comme du dichloromêtha- ne, pour faire gonfler l'acrylate et le détacher de la fibre sous-ja- cente. L'extrémité de la fibre est d'abord plongée dans le solvant à une profondeur juste suffisante pour recouvrir la première entaille située à une distance "1" de l'extrémité. L'évaporation du dichloro- méthane est évitée, de manière appropriée, en faisant flotter une pellicule d'eau à sa surface. Après immersion dans le dichlorométhane pendant environ 30 secondes, la longueur de gaine en acrylate située au-delà de la première entaille peut être retirée à l'aide de pincet- tes revêtues de caoutchouc. Après avoir retiré cette portion extrême de la gaine en acrylate, l'extrémité de la fibre est à nouveau plongée dans le di- - 7 - 2579975 chlorométhane, mais à une plus grande profondeur que la premièrê fois. Cette fois, la fibre est plongée à une profondeur à laquelle le niveau du liquide dépasse le point o doit intervenir le clivage, sans toutefois arriver à hauteur de la seconde entaille. Le but de cette immersion est de ramollir la gaine en acrylate pour faciliter l'opération de clivage. Après environ 30 secondes, la fibre est reti- rée et immédiatement mise en place sur l'appareil de clivage. La pro- cédure de clivage proprement dite reste inchangée et est effectuée avant que la gaine d'acrylate ait eu le temps de retrouver sa dureté d'origine. La fibre est ensuite retirée de l'appareil de clivage et l'extrémité est plongée une troisième fois dans du dichlorométhane de manière à ce que le niveau du liquide atteigne ou dépasse légèrement la seconde entaille, c'est-à-dire celle située à une distance "h" de l'extrémité clivée. La partie de gaine détachée est à nouveau retirée à l'aide de pincettes, puis l'extrémité est plongée dans de l'acide sulfurique pur concentré à une profondeur juste insuffisante pour at- teindre la gaine en acrylate au-dessus de l'endroit de la seconde en- taille. On a constaté que l'acide non chauffé élimine toutes les tra- ces résiduelles d'acrylate subsistant à l'issue de l'opération de dénudage, et, à cet effet, l'extrémité de la fibre est immergée dans l'acide pendant environ 10 minutes. La procédure de rinçage et les procédures de mise en oeuvre d'un arc, pour réaliser une épissure entre deux fibres revêtues d'acrylate préparées de cette façon, restent inchangées. Cependant, lorsqu'une gaine de rétablissement de continuité en acrylique est mi- se en place à l'aide de la platine, il est préférable que le durcis- sement de la résine soit réalisé à l'aide d'un rayonnement ultraviolet. Bien que les deux modes de réalisation spécifiques de l'in- vention concernent la réalisation d'épissures sur des fibres optiques en verre possédant une structure de guide d'ondes à l'intérieur du verre, il est bien entendu que la présente invention est également applicable à des structures de fibre de verre à gaine en matière plastique dans lesquelles la structure de guide d'ondes est fournie par l'interface verre/matière plastique. Dans des structures de ce type, le verre, réalisé par exemple en silice, forme le coeur optique de la fibre tandis que la gaine en plastique en contact avec le verre possède un indice de réfraction plus faible et forme le revêtement optique. - - 2579975 REVENDICATIONS 1. Procédé permettant d'épissurer par fusion les extrémités d'une paire de fibres optiques en verre (10) revêtues d'au moins une gaine en matière plastique (11), dans lequel chaque fibre est clivée en un point proche de l'une de ses extrémités, les extrémités clivées étant réunies par une épissure par fusion, et une gaine de rétablis- sement de continuité en matière plastique étant appliquée pour recou- vrir la zone de fibre de verre dénudée s'étendant dans les deux di- rections à partir des extrémités clivées et épissurées par fusion, caractérisé en ce que le clivage est effectué en un point o au moins la gaine en matière plastique (11) en contact direct avec le verre reste intacte, et en ce qu'à aucun moment les côtés de ces zones de fibre de verre dénudée ne sont en contact avec une quelconque surface solide autre que celle de la gaine d'origine et celle de la gaine de rétablissement de continuité. 2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'après que les deux fibres ont été clivées, mais avant qu'elles ne soient réunies par fusion, une partie de la gaine de chaque fibre est enlevée par dissolution dans de l'acide sulfurique concentré pour ob- tenir ladite zone de verre dénudé. 3. Procédé conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que la gaine en matière plastique en contact direct avec les fibres est réalisée en résine silicone et l'acide sulfurique concentré n'est pas chauffé. 4. Procédé conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que la gaine en matière plastique en contact direct avec les fibres est réalisée en résine acrylate et l'acide sulfurique concentré est porté à une température supérieure à la température ambiante. 5. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la gaine en matière plastique en contact direct avec les fibres et réalisée en résine acrylate, et en ce qu'après que les deux fibres ont été clivées, mais avant qu'elles ne soient réunies par fusion, une partie de la gaine en acrylate est enlevée mécaniquement de cha- que fibre après avoir été préalablement détachée par immersion dans un solvant pour qu'elle gonfle. 6. Procédé permettant d'épissurer par fusion les extrémités d'une paire de fibres optiques en verre revêtues d'au moins une gaine de protection en matière plastique appliquée sur le verre, caractéri- sé en ce que les extrémités clivées sont préparées en vue de la fu- sion sans que la gaine en matière plastique en contact avec le verre ne soit préalablement enlevée du verre à l'endroit o le clivage est réalisé. 7. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fibres possèdent une structure de guide d'ondes à l'intérieur du verre.