Brevet FR2592482A1 — publié le 19870703

PROCEDE ET DISPOSITIF DE CARACTERISATION DES REVETEMENTS PRIMAIRES POUR FIBRES OPTIQUES La présente invention concerne un procédé et un dispositif de caractérisation des revêtements primaires pour fibres optiques. Elle s'applique notam ment au contrôle de fibres optiques aprés fabrication de celles-ci et avant un câblage effectué au moyen de ces fibres. On sait que la plupart des fibres optiques comprennent, outre un coeur et une gaine optique entou rant ce coeur, un revêtement de protection de la gaine optique, qui est obtenu à partir de résines synthéti ques polymérisables et appelé "revêtement primaire". Il est également connu de soumettre une fibre optique, après sa fabrication, à une épreuve de trac tion, ou "screen test" selon la terminologie anglo saxonne, au cours de laquelle la fibre est entièrement mise sous contrainte. On élimine ainsi les portions de la fibre dont la résistance est inférieure au niveau de contrainte choisi, ce qui évite en principe de casser la fibre lors de son câblage et des opérations ulté rieures. La contrainte à la rupture des défauts de profondeur a localisés à la surface de la gaine optique de la fibre est inversement propor tionnelle à la racine carrée de cette profondeur a, ce que l'on a traduit sur la figure 1 qui représente, en coordonnées logarithmiques, les variations de la con trainte ac (portée en ordonnées) en fonction de la profondeur a (portée en abscisses).L'épreuve de trac tion permet d'éliminer les portions de fibre dont la résistance est inférieure au niveau de contrainte choisi Ust correspondant à des défauts de profondeur ast afin d'avoir ainsi une marge de manoeuvre pour mani puler, câbler et installer la fibre sans qu'elle ne casse, une fibre de bonne qualité supportant des contraintes bien supérieures au niveau st choisi et ayant donc des défauts dont la profondeur est très inférieure à la valeur ast. Il est à noter que la garantie apportée par l'épreuve de traction est toute relative puisque La fibre subit, dès sa fabrication, des agressions mécaniques et chimiques qui peuvent l'affaiblir à un niveau très inférieur au niveau ast choisi. Le revêtement primaire a pour fonction de réduire l'effet de toutes ces agressions et doit ainsi être efficace et assez stable du point de vue chimique. La présente invention a justement pour objet un procédé et un dispositif permettant de mesurer de façon directe et simple, l'efficacité du revêtement primaire, de qualifier un tel revêtement et de comparer les uns aux autres différents revêtements primaires. De façon précise, la présente invention a tout d'abord pour objet un procédé de caractérisation d'un revêtement primaire d'une fibre optique, procédé caractérisé en ce que ce revêtement primaire est soumis à une abrasion déterminée, en ce que la fibre est soumise à une indentation déterminée, à travers le revêtement primaire ainsi abrasé et en ce qu'une contrainte déterminée est appliquée à la fibre, afin de savoir si cette dernière se rompt ou ne se rompt pas sous l'effet de cette contrainte. Dans la présente invention, l'étape d'abrasion du revêtement primaire est importante car elle permet notamment de simuler L'usure de ce revêtement primaire au cours des procédures de câblage. La contrainte déterminée peut être appliquée à la fibre pendant ou après le traitement d'abrasion du revêtement primaire et d'indentation de la fibre à travers ce revetement. Selon un mode de mise en oeuvre particulier du procédé objet de l'invention, on détermine en outre le coefficient directeur de la droite représentant les variations de la contrainte moyenne de rupture en fonction de ladite contrainte, appliquée à une portion de fibre, cette portion etant préalablement soumise à l'abrasion, à l'indentation et à cette contrainte ap pliquée, sans qu'elle se rompe, si l'on souhaite chiffrer la protection conférée à la fibre par son revêtement primaire. Cette protection peut en effet être caractérisée par le nombre égal à l'inverse du coefficient directeur obtenu. La présente invention a également pour objet un dispositif de caractérisation d'un revêtement primaire d'une fibre optique, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend : - des moyens d'abrasion prévus pour soumettre le revê tement primaire à une abrasion déterminée, - des moyens d'indentation, prévus pour soumettre la fibre à une indentation déterminée à travers le revê tement primaire ainsi abrasé, et - des moyens d'application d'une contrainte déterminée à la fibre, afin de savoir si cette dernière se rompt ou ne se rompt pas sous l'effet de cette contrainte. Selon un mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention, ce dispositif comprend une premiére bobine et une seconde bobine munie de moyens de rotation permettant de dérouler la fibre de la première bobine et de l'enrouler sur la seconde, les moyens d'abrasion comprennent au moins une roue moletée sur laquelle est destinée à passer la fibre lorsque cette fibre est déroulée de la première bobine, chaque roue moletée étant munie d'autres moyens de rotation aptes à la faire tourner en sens inverse du déplacement de la fibre en direction de cette roue moletée, les moyens d'indentation comprennent au moins une roue abrasive qui est apte à tourner librement et sur laquelle est destinée à passer la fibre après passage de cette dernière sur chaque roue moletee et avant enroulement sur la seconde bobine. Afin d'évaluer correctement l'efficacité du revêtement primaire, l'abrasion et l'indentation utilisées dans la présente invention sont de préférence effectuees sur tout le pourtour de la fibre optique. A cet effet, le dispositif comprend au moins deux roues moletées et au moins deux roues abrasives, la fibre étant destinée à passer d'une roue moletée à l'autre en passant entre celles-ci, et d'une roue abrasive à l'autre en passant entre ces roues abrasives. Enfin, selon un autre mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention, les moyens d'application de contrainte comprennent des moyens de freinage de la première bobine, de tels moyens d'application étant particulièrement simples à mettre en oeuvre. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, d'exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels, outre la figure 1 déjà décrite, qui représente les variations de la contrainte à la rupture d'une fibre optique en fonction de la profondeur de défauts ou fissures présents à la surface de cette fibre, - la figure 2 est une vue schématique d'un mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention, et - la figure 3 représente les variations de la contrainte moyenne de rupture en fonction de la contrainte appliquée à une portion de fibre, cette portion étant préalablement soumise à l'abrasion de son revêtement primaire, à l'indentation de la fibre à travers ce revêtement primaire et à cette contrainte appliquée, sans que la portion se rompe. Sur la figure 2, on a représenté schématiquement un mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention. Dans ce mode de réalisation particulier, le dispositif comprend un bâti 2 sur lequel sont montées une première bobine 4 et une seconde bobine 6 qui sont respectivement aptes à tourner autour d'axes parallèles. La premiére bobine 4 est munie d'un moyen 8 apte à freiner la rotation de cette bobine, moyen tel qu'un frein mécanique ou, de préférence, électrique (par courants de Foucault par exemple). Un moteur 10 permet d'entrainer en rotation la seconde bobine 6. Le dispositif comprend également des moyens d'abrasion par exemple constitués par deux roues moletées 12 qui sont placées entre les bobines 4 et 6 et dont les axes de rotation sont parallèles aux axes de rotation de ces bobines, ainsi que des moyens aptes à imprimer des défauts (moyens d'indentation) dans la gaine d'une fibre optique que le dispositif est destiné à tester, ces moyens d'indentation étant par exempLe constitué par deux roues abrasives 14 qui sont disposées entre les roues moletées 12 et la seconde bobine 6 et dont les axes de rotation sont parallèles aux axes des bobines 4 et 6. Les roues 12 et 14 sont par exemple montées sur un bâti auxiliaire 16 solidaire du bâti 2 et sont sensiblement disposées aux quatre sommets d'un carré sur ce bâti auxiliaire 16. Les positions relatives des quatre roues peuvent être réglables, les axes de ces roues étant par exemple déplaçables dans des rainures 18 réalisées sur le bâti auxiliaire 16, ces rainures s'étendant respectivement le long d'arcs d'un même cercle. Les quatre roues peuvent avoir le même diame- tre. De plus, les roues abrasives 14 sont libres en rotation alors que chaque roue moletée 12 est associée à un moteur 22 prévu pour entraSner cette roue en rotation. Chaque roue abrasive 14 comporte par exemple une gorge en U dans laquelle sont disposées des particules abrasives diamantées dont la taille est bien déterminée, en vue d'imprimer des défauts bien déterminés dans la fibre. La montage de la fibre, référencée 24 sur la figure 2 est le suivant : cette fibre initialement enroulée sur la première bobine 4 passe successivement, comme on peut le voir sur la figure 2, sur L'une des roues moletées 12, entre celle-ci et L'autre roue moletée 12, sur cette autre roue moletée 12, sur L'une des roue abrasives 14, entre celles-ci et l'autre roue abrasive 14 et finalement sur cette autre roue abrasive 14, pour être enroulée sur la seconde bobine 6. Le dispositif objet de l'invention peut etre réalisé de façon indépendante, la fibre étant déroulée de la première bobine 4 et enroulée de façon synchrone sur la seconde bobine 6, ou intégrée à une machine classique d'épreuve de traction, ou "proof testing machine" selon la terminologie anglo-saxonne, le bâti auxiliaire 16 muni des roues 12 et 14 étant alors disposé entre les deux bobines que comporte une telle machine et qui correspondent respectivement à la première et à la seconde bobines utilisées dans le dispositif représenté sur la figure 2. Selon la présente invention, le contrôle d'une fibre est effectué de la façon suivante : une fibre optique qui est représentative d'un lot de fabrication de fibres optiques et dont la Longueur vaut 200 mètres par exemple, est enroulée sur la première bobine 4 puis passe, de la façon indiquée plus haut, sur les roues moletées 12 et abrasives 14 pour être enroulée sur la seconde bobine 6.Le moteur de cette dernière est mis en marche, la fibre 24 se déroulant ainsi de la première bobine 4 pour s' enrouLer sur la seconde 6 en passant successivement sur les roues moletées 12 qui permettent d'enlever une certaine épaisseur du revêtement primaire de la fibre, chaque moteur 22 étant commandé de façon qu'il fasse tourner la roue moletée 12 qui lui est associée en sens inverse du déplacement de la fibre en direction de cette roue moletée 12, et sur les roues abrasives 14 qui permettent d'imprimer des défauts déterminés à la surface de la fibre optiqùe, à travers le revêtement primaire restant. On remarquera que, compte tenu du montage particulier de la fibre sur Les diverses roues, l'abrasion et l'indentation sont effectuées sur toute la périphérie de la fibre munie de son revêtement primaire. Afin d'éviter l'encrassement des roues moletées 12 par le revêtement primaire enlevé de la fibre, il est possible de projeter de l'air comprimé sur les roues moletées 12, à partir de tuyaux 26 dont les extrémités sont placées au voisinage de ces roues moletées. En outre, au cours du traitement appliqué à La fibre 24, la première bobine 4 est freinée d'une façon déterminée, au moyen du frein 8, ce qui provoque l'application à la fibre 24 d'une contrainte de traction oO déterminée et constante. On peut alors décider d'accepter ou de rejeter le lot de fibres optiques suivant que la fibre, abrasée, indentée et contrainte, dans le dispositif de l'invention, se rompt ou ne se rompt pas sous I1 effet de la contrainte. A titre d'exemple, pour des roues 12 et 14 dont le diamètre D vaut 20 mm, ce qui provoque l'application d'une contrainte u de 0,45 GPa à une fibre de 125 pm'de diamètre, il y a rupture de cette fibre Lorsque des défauts de profondeur a supérieure ou égale à une va leur aO, sont créés à la surface de la fibre, avec : pour une- fibre de silice, ce qui donne : e et eO étant exprimés en MPa. La quantité aO est ainsi égale à 1,4 pm pour une contrainte eO égale à 0,1 GPa. Cette contrainte # 0 est donc prise comme paramètre de définition du degré de sévérité du test. Trois valeurs différentes de a0 peuvent etre choisies. Les autres paramètres expérimentaux sont : - l'angle au centre e d'une roue, tes côtés de cet angle rencontrant les points de contact limites de la fibre avec cette roue, - la force d'impression de défauts dans la fibre, cette force étant égale à #0.S.sin#/2, S étant la surface d'une section de la fibre (sans revêtement), - le temps total d'impression de défauts, égal à 2(#/360)#.D.v-1, v étant la vitesse de déroulement de La fibre et e étant exprimé en degrés, et - la taille des particules abrasives. Les trois valeurs distinctes que l'on peut choisir pour a0 correspondent à des classes différentes de revêtements primaires, par exemple un revêtement primaire conférant à la fibre un diamètre extérieur ## 250 microns, un revêtement primaire identique mais con férant à la fibre un diamètre extérieur de 205 microns, un autre revêtement primaire... Toujours à titre d'exemple, la taille moyenne des particules abrasives des roues 14 est de 20 jjm, les roues moletées 12 sont en aluminium et sont pourvues d'un moletage croisé à 90 avec un pas de 0,5 mm, et les vitesses de rotation des moteurs 10 et 22 valent respectivement 60 tours/mn et 50 tours/mn. On enlève ainsi le revêtement primaire de la fibre 24 sur une profondeur de plusieurs microns selon l'état du revêtement. La profondeur des défauts créés est de l'ordre de 1 pm. Avant d'effectuer le contrôle de la fibre dans le dispositif de l'invention, le degré de sévérité de ce contrôle est fixé. A cet effet, on tient compte de l'épaisseur du revêtement primaire de la fibre et surtout des spécifications qui s'appliquent à cette fibre (fibre destinée aux video-communications, à un câble optique sous-marin...). Comme on l'a déjà indiqué, le contrôle peut consister à faire passer une portion de fibre, de longueur déterminée, par exemple 200 mètres, dans le dispositif de l'invention représenté sur la figure 2, cette portion de fibre étant prélevée dans un lot de fabrication et considérée comme caractéristique de celuici. La fibre est acceptée lorsqu'elle subit le contrôle avec succés, c'est-à-dire sans rupture. Bien entendu, ce test est destructif pour l'échantillon prélevé. Si l'on souhaite chiffrer la protection conférée à une fibre optique par son revêtement primaire, on procède de la façon suivante : on utilise par exemple trois portions de 50 mètres de long, issues de cette fibre optique. Les trois portions sont contrôlées avec des degrés de sévérité (QO) différents, respectivement égaux à 0,05 GPa, 0,15 GPa et 0,20 GPa (figure 3) et l'on suppose que ces trois portions subissent Le contrôle avec succès.Chaque portion est ensuite frac tionnée en un nombre déterminé d'échantillons, par exemple 50 échantillons de 1 mètre de long chacun, et ces échantillons sont testés en traction, ce qui permet d'obtenir, pour chaque portion, La résistance moyenne correspondante cm. On porte ensuite sur un graphique les valeurs o0 en abscisses et les valeurs cm correspondantes en ordonnées et l'on trace, en utilisant la méthode des moindres carrés par exemple, le droite passant au mieux par les points obtenus. On peut définir le coefficient de protection R conféré par le revêtement primaire de la fibre comme étant l'inverse de la pente de la droite ainsi obtenue. La détermination de ce coefficient est utile d'un point de vue technologique, le contrôle par Le dispositif de l'invention pouvant être considéré comme un test de routine et étant très simple à réaliser. Ce contrôle et la procédure conduisant à la valeur de R sont utilement applicables à la caractérisation d'un lot de fabrication de fibres après une étape technologique (par exemple changement du type de revêtement, de sa nature - monocouche ou multicouche - de son epaisseur ou des conditions d'application de ce revêtement). Pour une technologie bien établie, le test est utilisable pour prévoir l'état de la fibre contrôlée dans un environnement hostile particulier. REVENDICATIONS 1. Procédé de caractérisation d'un revêtement primaire d'une fibre optique (24), procédé caractérisé en ce que ce revêtement primaire est soumis à une abrasion déterminée, en ce que la fibre est soumise à une indentation déterminée, à travers le revêtement primaire ainsi abrasé et en ce qu'une contrainte déter- minée est appliquée à la fibre, afin de savoir si cette dernière se rompt ou ne se rompt pas sous l'effet de cette contrainte. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on détermine en outre le coefficient directeur de la droite représentant les variations de la contrainte moyenne de rupture en fonction de ladite contrainte, appliquée à une portion de fibre, cette portion étant préalablement soumise à l'abrasion, à l'indentation et à cette contrainte appliquée, sans qu'elle se rompe. 3. Dispositif de caractérisation- d'un revêtement primaire d'une fibre optique (24N, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend : - des moyens d'abrasion (12) prévus pour soumettre le revêtement primaire à une abrasion déterminée, - des moyens d'indentation (14), prévus pour soumettre la fibre à une indentation déterminée à travers le revêtement primaire ainsi abrasé, et - des moyens (8) d'application d'une contrainte déterminée à la fibre, afin de savoir si cette dernière se rompt ou ne se rompt pas sous l'effet de cette contrainte. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend une première bobine (4) et une seconde bobine (6) munie de moyens de rotation (10) permettant de dérouler la fibre (24) de la première bobine et de l'enrouler sur la seconde, en ce que les moyens d'abrasion comprennent au moins une roue moletee (12) sur laquelle est destinée à passer la fibre lorsque cette fibre est déroulée de la première bobine, chaque roue moletée étant munie d'autres moyens de rotation (22) aptes à la faire tourner en sens inverse du déplacement de la fibre en direction de cette roue moletée, en ce que les moyens d'indentation comprennent au moins une roue abrasive (14) qui est apte à tourner librement et sur laquelle est destinée à passer la fibre après passage de cette dernière sur chaque roue moletée et avant enroulement sur la seconde bobi ne. 5. Dispositif selon la revendication 4, ca-ractérisé en ce qu'il comprend au moins deux roues moletées (12) et au moins deux roues abrasives (14), la fibre (24) étant destinée à passer d'une roue moletée à l'autre en passant entre celles-ci, et d'une roue abrasive à l'autre en passant entre ces roues abrasives. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que les moyens d'application de contrainte comprennent des moyens (8) de freinage de la première bobine.