Brevet FR2585850A1 — publié le 19870206

Composition de remplissage de câbles, notamment à fibres optiques. La présente invention concerne des compositions de remplissage de câbles. Elle concerne plus particulièrement des compositions de remplissage de câbles à fibres optiques, qui sont étanches à l'eau et suffisamment souples entre -50 C et +70 C pour ne pas altérer, de façon notable, les signaux traversant les fibres optiques. Les compositions conformes à l'invention étant parti- culièrement adaptées au remplissage de câbles à fibres optiques, c'est à cette application particulière que l'on se référera dans la suite de la présente description. Il est néanmoins possible d'utiliser ces compositions pour le remplissage de câbles contenant des conducteurs élec- triques ou d'autres supports de transmission de signaux sensibles à l'humidité et aux contraintes mécaniques, en particulier aux très basses températures,et l'on ne sorti- rait pas du cadre de l'invention en utilisant les compo- sitions qui seront décrites ci-après pour de telles appli- cations. Il est connu que les signaux optiques acheminés par l'intermédiaire de fibres optiques seules, à l'air libre, subissent une atténuation. L'affaiblissement d'une partie des signaux se traduit, pour l'homme de l'art, par des pertes optiques,mesurées en décibels par kilomètre parcouru (dB/km). En outre, on sait que les fibres optiques sont sensibles à l'humidité et aux contraintes mécaniques du type microcourbures, tensions, compressions, qui ont pour effet d'accroître les pertes optiques au kilomètre de ces fibres. Pour éviter la pénétration d'humidité et d'eau, les câbliers ont proposé, comme dans le domaine des conducteurs élec- triques, d'employer des compositions de bourrage de câbles qui protègent de l'humidité la fibre optique placée dans un câble, tout en lui assurant une grande liberté. Ces compositions de remplissage pour câbles doivent présenter un certain nombre de caractéristiques et notamment être imperméables à l'eau et être souples pour éviter toute contrainte mécanique sur la ou les fibre(s) optique(s) - 1 - - 2 - au cours de la manipulation du câble, et ce quelle que soit la température environnante, entre -40 C et +75 C. Par ailleurs, les compositions ne doivent pas ressuer ou couler, en particulier au niveau des raccordements des câbles entre- eux, pour faciliter leur manipulation. Ces compositions doivent pouvoir être injectées à une température inférieure à 70 C, pour ne pas endommager la fibre optique, et si possible, à température ambiante. Depuis quelques années, les compositions de remplissage de câbles à fibres optiques,mises au point pour être uti- lisées entre -40 C et +70 C et avoir les propriétés défi- nies ci-dessus, sont des gels constitués d'un mélange d'huile minérale, naphténique ou paraffinique, satisfaisant aux normes ASTM D 103 et D 104 A et B, d'un copolymère par bloc tel que le styrène-éthylène-butylènestyrène et, éventuellement, d'une résine, ou encore d'un mélange d'huile blanche et d'un thermoplastifiant. L'expérience montre que ces compositions durcissent aux basses températures et, notamment, vers -40 C, et qu'elles induisent de ce fait des contraintes mécaniques sur les fibres, avec pour conséquence des pertes optiques supérieures aux limites tolérables de pertes optiques, par exemple celle définie par les P.T.T. françaises à -30 C, qui est actuellement de 0,5 dB/km. De plus, ces composi- tions ne s'appliquent qu'à chaud, à une température égale ou supérieure à 80 C, ce qui est un inconvenient majeur dans la fabrication du câble lui-même. En outre, ces compositions ne conviennent pas à toutes les structures de câbles. La présente invention vise à proposer des compositions de remplissage qui n'induisent sur les fibres optiques que des pertes optiques très faibles, acceptables dans le bilan optique d'une liaison utilisant un câble de fibres optiques rempli par ces compositions entre -50 C et +80 C, qui soient injectables à froid, c'est-à-dire à température ambiante ou à une température inférieure à 60 C, et qui de plus soient appropriesà toutes les structures de câble. - 3 - A cet effet, l'invention a pour objet une composi- tion de remplissage d'un câble contenant au moins une fibre optique, utilisable entre -50 C et +80 C, cette composition étant caractérisée en ce qu'elle est consti- tuée de: - 80 à 95 % en poids d'au moins une base lubrifiante dont la viscosité,déterminée selon la norme AFNOR NFT - 100,est inférieure à 7000 mm2s- 1 à -40 C et - 20 à 5 % en poids d'un produit gélifiant apparte- nant au groupe constitué par les savons hydrophobes d'acides gras supérieurs saturés, hydroxysubstitués, seuls ou en mélange avec des savons d'acides gras supérieurs saturés, liés à des métaux alcalins et/ou alcalino- terreux, par la bentone, et par la silice colloïdale, et en ce que son point de goutte, déterminé par appli- cation de la norme AFNOR NFT 60 - 102, est supérieur à C et sa pénétrabilité au cône, mesurée selon la norme AFNOR NFT 60 - 132, est comprise entre 250 et 400 dixièmes de millimètre à +25 C et entre 150 et 250 dixièmes de millimètre à -40 C. Pour po-voir atteindre une viscosité inférieure à 7000 mm2s -1 à -40 C, les bases lubrifiantes entrant dans les compositions de bourrage de l'invention sont obtenues à partir d'une ou deux bases synthétiques désignées respectivement, dans la suite de la présente description, comme étant les bases X et Y, la base synthétique X étant constituée d'au moins une polyoléfine, dont le point d'écoulement, déterminé suivant la norme AFNOR NFT 60 - 105,est inférieur ou égal à -30 C, dont le point éclair, obtenu par application de la norme AFNOR NFT 60 - 118, est supérieur ou égal à 120 C et dont la viscosité, mesurée par application de la norme AFNOR NFT - 100,est inférieure à 20 mm2s-1 à 1000 C, tandis que la base synthétique Y est constituée par au moins un alkylbenzène, mono ou polyalkylé, de poids moléculaire compris entre 200 et 500, et dont le point d'écoulement mesuré suivant l'une des normes AFNOR NFT 60 - 105 et - 4 - AST'M D97 est compris entre -60 C et -30 C. Parmi les savons gélifiants utilisés pour réaliser une composition selon l'invention, les hydroxystéarates de métaux alcalins ou alcalino-terreux sont préférés, et en particulier le 12 hydroxystéarate de calcium. Les compositions de remplissage pour câbles à fibres optiques de l'invention ont pour avantage de réduire les pertes optiques de la fibre, par rapport à l'art antérieur, et ce quelles que soient la nature des fibres, la longueur d'onde utilisée et la structure du câble, même à 40 C. Elles peuvent en outre être manipulées à température ambiante, ce qui rend plus aisée la fabrication des câbles. Parmi les différentes compositions de remplissage entrant dans le cadre de l'invention, on mentionnera quatre compositions préférées, correspondant à des combi- naisons de bases synthétiques et d'agent gélifiant favorables à l'obtention des buts recherchés. Une première composition préférée de l'invention comprend: - 86 à 92 % en poids d'une base lubrifiante consti- tuée par: 1.- 50 à 91 % en poids d'une base X, de point d'écoulement inférieur à -30 C, et de viscosité à 100 C inférieure ou égale à 6 mm2s-1, 2.- et 50 à 9 % en poids d'une base Y, de poids moléculaire compris entre 300 et 400 pour un point d'écoulement compris entre-60 C et -30 C, - et 14 à 8% en poids d'au moins un agent gélifiant choisi parmi les savons hydrophobes d'acides gras supé- rieurs saturés, hydroxysubstitués, seuls ou en mélange avec au moins un des savons d'acides gras supérieurs saturés de métaux alcalins ou alcalino-terreux, cette première composition possédant en outre un point de goutte supérieur à 135 C et une pénétrabilité au cône comprise entre 290 et 340 dixièmes de millimètre à 25 C et comprise entre 150 et 250 dixièmes de milli- mètre à -40 C. Une deuxième composition préférée de l'invention comprend: - 86 à 92 % en poids de base lubrifiante constituée par au moins une base Y de poids moléculaire compris entre 250 et 400 et de point d'écoulement compris entre -60 C et -30 C, et - 14 à 8 % en poids d'au moins un agent gélifiant choisi parmi les savons hydrophobes d'acides gras supé- rieurs saturés, hydroxysubstitués, seuls ou en mélange avec des savons d'acides gras supérieurs substitués de métaux alcalins ou alcalinoterreux, cette composition possédant en outre un point de goutte compris, de préférence, entre 140 et 145 C et une pénétrabilité au cône comprise, de préférence, entre 290 et 340 dixièmes de millimètre à 25 C et comprise, de préférence,entre 150 et 200 dixièmes de millimètre à -40 C. Une troisième composition préférée de l'invention comprend: - 85 à 95 % en poids d'une base lubrifiante consti- tuée par 50 à 90 % d'une base X, de point d'écoulement inférieur à -30 C et de viscosité à 100 C inférieure ou égale à 6 mm2s1, et par 50 à 10 % d'une base Y de poids moléculaire compris entre 250 et 450 et de point de congélation compris entre -60 C et -30 C, et - 15 à 5 % en poids d'au moins un agent gélifiant qui peut être choisi dans le groupe constitué par la bentone et la silice colloïdale. Il est clair que certaines variantes peuvent égale- ment constituer une composition de l'invention, en particu- lier la silice colloïdale en mélange dans une base syn- thétique. Aussl, une quatrième composition préférée de l'invention comprend-elle: - 85 à 95% en poids de polyoléfine ou base X de point d'écoulement inférieur à -30 C, de viscosité infé- rieure à 6 mm2s-1 a 100 C et inférieure à 7000 mm2s-1 à -40 C, et - 6 - 2585850 - 15 à 5 % en poids de silice colloïdale comme agent gélifiant. Les exemples ci-après sont destinés à mieux illus- trer la présente invention, mais sans pour autant en limiter la portée. EXEMPLE 1 On a préparé deux compositions de remplissage A et B conformes à l'invention, qui ont été utilisées pour remplir trois câbles à fibres optiques de struc- ture cylindrique à jonc rainuré, les fibres optiques étant disposées dans les encoches ménagées à la péri- phérie d'un jonc en polyéthylène dont le diamètre, dans les trois câbles, est respectivement égal à 4, 6 ou 8 mm, les fibres optiques étant noyées dans l'une des deux compositions A et B à température ambiante. Ces fibres optiques sont du type 50 - 125 - 250 multimodale et ont été utilisées à une longueur d'onde de 0,85 p. La constitution des compositions A et B ainsi que les valeurs de la viscosité de la base lubrifiante obte- nue à -40 C, la pénétrabilité au cône des compositions et leur point de goutte sont rassemblées dans le Tableau 1 ci-après. - 7 - TABLEAU 1 (Composition A:Comoition ( Composition A: Comp)osition B) B) C (:) (:) (:) X 44 80 ( Base:% en pDoids) ( lubrifiante:: :) (: Yt: 44: 8) (: % en poids) (:12 hydroxy-::) (:stéarate de::) ( Gélifiant:calcium: 12 -: 12) (.:% en poids::) (: :) ( Viscosité de2la1base lubri 6250 3800) ( fiante en mms -400C 8 Perméabilité en - de mm:: de la composition (* à 250C 310 330 *à -400C 180 * 210 (:: ) (: :) ( (Point de goutte en:) ( de la composition. 145::)145 (: ::l) (t) X polyoléfine de point d'écoulement inférieur à -50 C et de viscosité à (2) Y: dialkylbenzène de masse à 360 et ayant un point C égale à 4 mm2s1 moléculaire moyenne égale d'écoulement de -43 C. Les compositions A et B ont été préparées de façon anaologue aux méthodes de fabrication classiques pratiquées pour les graisses et répertoriées dans le manuel "Manufacture and application of lubricating greases" par C J. BONNER, édité par Robert Krieger, publishing Company Incorporated. Des tests d'atténuation ou de pertes optiques ont été pratiqués sur les deux câbles remplis respectivement des compositions A et B, ainsi que sur un câble identique aux deux premiers, dans lequel les fibres sont à l'air libre, afin de comparer l'atténuation apportée par les compositions. Ces tests consistent à enrouler chaque -8 - 2585850 -8- câble sur un touret de 2 m de diamètre de fût, de façon à ce que le câble soit parfaitement libre, puis à placer le touret dans une chambre thermostatée, dans laquelle il est soumis à deux cycles thermiques entre 40 C et +65 C. Chaque cycle thermique consiste à observer quatre paliers de température dans la chambre thermostatée, successivement à +20 C, +650C,-40C et +20 C, chaque palier durant 60 minutes, la température augmentant ou diminuant entre chaque palier à la vitesse de 0,2 C mn-1 Pendant le deuxième cycle, on mesure en continu les atténuations ou pertes optiques de chaque fibre optique contenue dans le câble, en appliquant la méthode décrite dans la norme AFNOR NFC 93 - 850. Les atténuations de signaux étant quasi nulles aux temperatures supérieures ou égales à 0 C, le tableau 2 ci-après regroupe les atténuations mesurées aux basses températures. TABLEAU 2 Perte optique en dB/km ) (:::) Nature de:(2 (l'essai:) (::: ) ( Diamètre du:4 6 8 (jonc en mm::) (: _:: ) I Câble Ae \Câble. Avec * Sans Avec Sans Avec: Sans) (Tempteste:Composition:Composition:Composition:Composition:Composition:Composit ic) (rature. B:: A:: B :) (: :: : :: ) (. ) -10oC: o0,1 0,1: 1: 0,1: 0,3: 40,2) -20 C: ,i 0,1 O,1: 0,2 -:0,5 2 (-30 C: 0,2: 0,1: 0,8: 0,1: 0,5 - 0,8: 0O,2) -40 C - - - 0,8 - 1,0 0,:) C (1) Longueur du câble testé: 500 m. Le -40 C. (2) Longueur du câble testé:2000 m. troisième palier de température est de -30 C et non 7%) Ln nl Co Lnl C> ( - 10 - Dans ce tableau 2,les atténuations mesurées sur les câbles remplis par une des compositions A et B correspondent à l'effet conjugué des fibres et de la composition de remplissage. Les atténuations propres aux compositions de remplissage sont donc inférieures aux valeurs indiquées. Aux basses températures, ces atténuations dues à la composition sont faibles au regard des atténuations de la fibre elle-même, quelle que soit la composition A ou B de remplissage du câble. EXEMPLE 2 Dans cet exemple, on a testé deux câbles longs de 500 m, contenant chacun un jonc de type particulier, en ce qu'il comprend sur toute sa longueur une rainure en forme de U. Trois fibres optiques ont été disposées dans la rainure du jonc de chaque câble. Dans le premier câble, elles ont été laissées à l'air libre (câble dit "sec", sans composition); dans le second câble, les fibres ont été noyées dans la composition A (câble dit "rempli"). Le câble rempli et le câble sec ont été soumis aux mêmes tests que ceux décrits dans l'Exemple 1, le palier de température le plus bas étant de -30 C. Aux températures supérieures à -10 C, l'atténuation du signal est la même pour les deux câbles, en ce qu'elle n'est pas décelable. A -30 C, l'atténuation du signal dans le câble sec est comprise entre 0,3 et 0,5 dB/km,tandis que celle du câble rempli par la composition A est comprise entre 0,4 et 0,7 dB/km; la contribution de la composition A à l'atténuation du signal peut donc être évaluée à 0,1 - 0,2 dB/km. - 11 - REVENDICATIONS 1.- Composition de remplissage d'un câble, notamment d'un câble contenant au moins une fibre optique, utilisa- ble entre -50 C et +80 C, cette composition étant carac- térisée en ce qu'elle est constituée de: i) 80 à 95 % en poids d'au moins une bas-e îubrifiante de viscosité inférieure à 7000 mm2s-1 à -40 C, et ii) 20 à 5 % en poids d'un produit gélifiant appar- tenant au groupe constitué par les savons hydrophobes d'acides gras supérieurs saturés, hydroxysubstitués, seuls ou en mélange avec des savons d'acides gras supérieurs saturés de métaux alcalins et alcalino- terreux, par la bentone et par la silice colloïdale, et en ce que son point de goutte est supérieur à 120 C, et sa pénétrabilité au cône est comprise entre 250 et 400 dixièmes de millimètre à +25 C, et entre 150 et 250 dixièmes de millimètres à -40 C. 2.- Composition selon la revendication 1, caractéri- sée en ce que la base lubrifiante est constituée d'une ou deux bases synthétiques, X et Y, la base X comprenant au moins une polyoléfine dont le point d'écoulement est inférieur ou égal à -30 C, le point-éclair est inférieur ou égal à 120 C et la viscosité à 100 C est inférieure à 20 mm2s -1 et la base Y comprenant au moins un alkyl- benzène mono-ou polyalkylé de poids moléculaire compris entre 200 et 500 et de point de congélation compris entre -60 C et -30 C. 3.- Composition selon la revendication 2, caracté- risée en ce qu'elle comprend 86 à 92 % d'une base lubri- fiante constituée par: i) 50 à 91 % en poids d'au moins une base X de 2 le viscosité à 100 C inférieure ou égale à 6 mm2s -, et ii) 50 à 9 % en poids d'au moins une base Y de poids moléculaire compris entre 300 et 400, Ut par 14 à 8 % en poids d'un agent gélifiant choisi parmi les savons hydrophobes d'acides gras supérieurs saturés hydroxysubstitués seuls ou en mélange avec au moins un savon d'acide gras supérieur saturé de métaux alcalin ou alcalino-terreux> - 12 - et en ce qu'elle a un point de goutte supérieur à 135 C et une pénétrabilité au cône comprise entre 290 et340 dixièmes de millimètre à 25 C et comprise entre 150 et 250 dixièmes de millimètre à -40 C. 4.- Composition selon la revendication 2, caracté- risée en ce qu'elle comprend 86 à 92 % en poids d'une base lubrifiante constituée par au moins une base Y de poids moléculaire compris entre 250 et400,et 14 à 8 % en poids d'un agent gélifiant choisi parmi les savons hydrophobes d'acides gras supérieurs substitués hydroxysubstitués seuls ou en mélange avec des savons d'acide gras supérieurs substitués de métaux alcalins ou alcalino-terreux, et en ce qu'elle a un point de goutte compris entre 140 C et 145 C et une pénétra- bilité au cône compris entre 290et 340 dixièmes de millimètre à 25 C et compris entre 150 at 200 dixièmes de millimètre à -40 C. 5.- Composition selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'agent gélifiant est un hydroxystéarate de métaux alcalins ou alcalino-terreux et, de préférence, le 12 hydroxystéarate de calcium. 6.- Composition selon la revendication 2, carac- térisée en ce qu'elle comprend 85 à 95 % en poids ("une base lubrifiante constituée par 50 à 90 % en poids d'au moins une base de viscosité à 100 C inférieure ou égale à 6 mm2s -et par 50 à 10 % en poids d'au moins une base Y de poids moléculaire compris entre 250 et 450, et de point de congélation compris entre -60 C et -30 C, et 15 à 5 % d'au moins un agent gélifiant choisi dans le groupe constitué par la bentone et la silice colloïdale. 7.- Composition selon la revendication 2, caractéri- sée en ce qu'elle comprend: - 85 à 95 % en poids de polyoléfine ou base X de point d'écoulement inférieur à -30 C, de viscosité infé- rieure à 6 mm2s- 1 à 100 C et inférieure à 7000 mm2 s-1 à -40 C, et - 15 à 5 % en poids de silice colloïdale comme agent gélifiant.