Brevet FR2641088A1 — publié le 19900629

La présente invention concerne des câbles à fibres optiques et en particulier des ensembles à fibres optiques destinés à être utilisés dans des câbles sous-marins et leurs procédés de fabrication. Dans une âme de câble sous-marin, les fibres optiques sont logées dans un tube de pression formé par exemple d'un profilé en C formé de cuivre. Les fibres optiques sont enrobées, avec un fil métallique constituant un organe d'armature, dans une matière plastique extrudée et forment globalement un ensemble à fibres optiques. Le volume résiduel compris entre le tube de pression et l'en- semble à fibres optiques est rempli d'une composition hydrofuge, par exemple "Hyvis" 2000. Un procédé de fabrica- tion d'une telle âme de câble comprend un certain nombre d'étapes séparées, qui sont la préparation d'un fil prin- cipal "King" d'acier revêtu de cuivre et de matière plas- tique "Hytrel" 40D (fil métallique constituant l'organe d'armature), la fusion simultanée du revêtement d'"Hytrel", le positionnement des fibres optiques autour du fil métal- lique principal, et l'extrusion d'"Hytrel", puis l'intro- duction de l'ensemble ainsi formé, avec du "Hyvis" 2000, dans un profilé en C, puis la fermeture du profilé en C, son gainage par un ruban de cuivre et la formation d'une soudure longitudinale d'étanchéité. L'invention concerne un autre procédé de fabrication d'une âme de câble sous-marin. L'invention concerne ainsi un procédé de fabrication d'une âme de câble sous-marin à fibres optiques comprenant les étapes suivantes: l'avance de plusieurs fibres optiques à distance les unes des autres, dans un espace délimité par un ou plusieurs éléments allongés à partir desquels une structure tubulaire peut être formée, l'injec- tion d'un matériau liquide de remplissage dans cet espace, la formation de la structure tubulaire et la transforma- tion, naturelle ou provoquée, du matériau liquide de rem- plissage en un matériau solide dans lequel les fibres sont enrobées dans des positions respectives telles qu'elles sont distantes les unes des autres et de la structure tubulaire. L'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'un ensemble à fibres optiques qui comprend les étapes suivantes: le déplacement d'un organe allongé ayant une section en C dans une première direction générale, au-delà d'un premier point, l'avance d'au moins une fibre optique à l'intérieur de l'organe allongé, au premier point, l'injection d'un matériau liquide de remplissage à l'intérieur de l'organe allongé afin qu'il entoure la fibre ou chaque fibre, la mise de la section de l'organe allongé sous forme pratiquement circulaire, et la transformation naturelle ou provoquée du matériau liquide de remplissage en un matériau solide dans lequel la fibre ou chaque fibre est enrobée en position respective prédéterminée distante des autres fibres et de l'organe allongé. L'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'une âme pour cable sous-marin à fibres optiques compre- nant l'avance de plusieurs fibres optiques à distance les unes des autres dans un profilé en C ouvert, l'injection d'un matériau liquide de remplissage formé d'un polyuré- thanne à polymérisation exothermique à deux composants, dans le profilé en C, la fermeture du profilé en C et la polymérisation, naturelle ou provoquée, du matériau de remplissage, si bien que les fibres sont enrobées dans le matériau polymérisé de remplissage dans des positions res- pectives telles qu'elles sont distantes les unes des autres et du profilé fermé en C. L'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'une âme pour cable d'un système sous-marin à fibres optiques, comprenant les étapes d'avance des fibres optiques à distance les unes des autres dans un espace délimité par un ou plusieurs éléments allongés à partir desquels une structure tubulaire peut être formée, d'injec- tion d'un matériau liquide de remplissage à base d'un poly- uréthanne à deux composants, polymérisant par une réaction exothermique, dans ledit espace,.de formation de la struc- ture tubulaire, et de polymérisation, naturelle ou provo- quée, du matériau de remplissage si bien que les fibres sont enrobées dans le matériau polymérisé de remplissage à des emplacements prédéterminés tels qu'elles sont distantes les unes des autres et de la structure tubulaire. L'invention concerne aussi un ensemble à fibres optiques comprenant un tube de pression et une ou plusieurs fibres optiques enrobées dans un matériau polymérisé élas- tique et placées à distance les unes des autres et du tube de pression, le matériau élastique polymérisé remplissant le tube de pression. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé sur lequel: la figure 1 est une coupe d'une âme de câble sous- marin fabriquée selon l'invention; la figure 2 est un schéma d'un appareillage utilisé pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention; la figure 3 est une vue de bout d'une plaque de guidage de la figure 2, à plus grande échelle; et la figure 4 est une vue de bout d'une ouverture de guidage de la figure 2, à plus grande échelle. L'âme classique de câble sous-marin fabriquée par le procédé précité en plusieurs étapes est relativement coû- teuse. Si le procédé en plusieurs étapes pouvait être rem- placé par un procédé en une seule étape, l'économie réa- lisée pourrait être considérable si des matériaux de prix analogues pouvaient être utilisés. En outre, le rendement pourrait être augmenté si le nombre d'opérations était réduit. Un problème posé par l'âme classique est que, bien que la composition hydrofuge "Hyvis" constitue une barrière longitudinale efficace contre la pénétration de l'eau, elle permet un déplacement relatif limité entre l'ensemble revêtu d'"Hytrel" et le profilé à section en C. Ceci pose des problèmes de raccordement. On considère que cet effet est accentué pendant et après le déploiement d'un câble, et pendant les opérations de levage et de réparation. Un autre problème posé par l'âme du câble classique est la difficulté de la séparation ou du dénudage des fibres du polymère "Hytrel". L'utilisation d'un matériau qui puisse être facilement retiré ferait gagner beaucoup de temps lors du raccordement et de la réparation. De préférence, un procédé destiné à remplacer le procédé classique doit réduire le nombre d'étapes à une seule et doit assurer l'introduction directe des fibres dans le profilé en C. Il est cependant primordial d'uti- liser une opération d'introduction qui puisse être inter- rompue et reprise à volonté, par exemple pour l'échange du profilé en C. Pour des raisons de temps de fabrication en pratique, il est souhaitable que l'installation travaille avec une vitesse linéaire de l'ordre de 30 m/min. Ce pro- cédé doit donner une âme de câble ayant des caractéris- tiques acceptables d'arrêt de l'eau en direction longitu- dinale. Les fibres, le matériau de remplissage et le pro- filé fermé en C doivent être bloqués mutuellement afin que les déformations des fibres ne soient pas excessives lors de l'application de forces de traction à un câble terminé. Ceci nécessite l'utilisation d'un matériau de remplissage ayant un module de cisaillement qui n'est pas négligeable, une déformation élevée à la rupture et une bonne adhérence aux fibres revêtues d'une couche d'accrochage. Les fibres doivent occuper des positions déterminées dans le profilé en C fermé et doivent ne pas être au contact de ce dernier. Le procédé de fabrication de l'âme de câble et le traite- ment ultérieur doivent introduire des pertes supplémen- taires nulles, ce critère nécessitant aussi l'utilisation d'un matériau mou de remplissage. L'âme du cable doit pou- voir supporter des températures de l'ordre de 150 C pen- dant 20 min, puisqu'elle doit subir de telles températures pendant le surmoulage de polyéthylène sur un raccord par exemple. En outre, le matériau de remplissage utilisé ne doit pas dégrader le revêtement des fibres ou le matériau du profilé en C, qui est habituellement le cuivre mais qui peut être un autre métal tel que l'aluminium ou un alliage. Le procédé selon l'invention est un procédé en une seule étape qui comprend essentiellement l'introduction de fibres et d'un matériau liquide de remplissage directement dans un profilé en C, la fermeture du profilé en C et la mise du matériau de remplissage (par polymérisation) à un état dans lequel il forme un solide élastique. Le résultat est un ensemble d'âme de câble sous-marin qui est repré- senté en coupe sur la figure 1 et comporte plusieurs fibres 1 revêtues d'une couche d'accrochage et maintenues dans des positions prédéterminées les unes par rapport aux autres par un matériau polymérisé de remplissage 2 qui a été introduit dans un profilé en C à l'état liquide avec les fibres 1, le profilé en C ayant été ensuite fermé afin qu'il forme un tube de pression 3. Comme l'opération de polymérisation est réalisée dans un profilé métallique en C fermé, un certain nombre de mécanismes de réticulation sont éliminés, notamment l'utilisation d'une irradiation ultra- violette ou d'un autre type. La vitesse de réaction doit être grande puisque les fibres doivent rester en position repérée et la polymérisation doit donc être complète avant enroulement de l'ensemble sur un tambour de stockage. Le temps de polymérisation doit être de l'ordre de quelques secondes. De courts temps de polymérisation peuvent être obtenus avec des systèmes à deux composants qui polymé- risent après mélange, même à température ambiante, bien qu'un chauffage puisse accélérer le processus. Le matériau de remplissage actuellement préféré comprend un polyuréthanne à deux composants dont des par- ties sont initialement liquides mais qui, après mélange, réagit rapidement en créant un polymère solide, la réaction étant exothermique. Ce matériau de remplissage est appelé polyuréthanne à deux composants & polymérisation exo- thermique. On peut considérer que des matériaux tels que des silicones à vulcanisation à température ambiante et à deux composants, ayant de longues durées de conservation en pot à température ambiante, pourraient être utilisés. Cepen- dant, on a constaté qu'ils n'étaient pas utilisables en pratique. Même lorsqu'une étuve de polymérisation est placée dans la chaine de fabrication et travaille à 400 C, la polymérisation est incomplète, même pour des vitesses de travail très modestes. Les difficultés présentées par la polymérisation, couplées au prix élevé des matériaux, rendent ces produits particulièrement peu intéressants. D'autres matériaux qui ont été envisagés mais non utilisés, du fait de performances mécaniques insuffisantes, étaient des matériaux thermofusibles et thixotropes. Une variante possible à utilisation des polyuréthannes est celle des caoutchoucs de polysulfure, mais ils ne présentent pas d'avantages apparents sur les polyuréthannes et sont actuellement bien moins développés. L'appareillage de la chaîne de fermeture représentée sur la figure 2 comporte un dispositif 10 de déroulement du profilé en C, des dispositifs 11 de guidage qui assurent l'approche du profilé 3' en C du point 12 d'insertion des fibres par dessous avec sa fente ouverte vers le haut, des dispositifs 13 de déroulement de fibres optiques, une plaque 14 de guidage de fibres optiques, un dispositif 15 à ouvertures de guidage, un distributeur d'un matériau de remplissage tel qu'un mélangeur statique 16 à partir duquel le polyuréthanne à deux composants mélangés, polymérisant par une réaction exothermique, est distribué dans le pro- filé en C 3' par la fente, une filière 17 de fermeture du profilé en C, un dispositif 18 de traction et un tambour 19 d'enroulement. Dans une variante à la préparation du pro- filé en C 3', un ruban plat peut être utilisé et un dispo- sitif convenable le mettant sous forme d'un profilé en C peut être incorporé à la chaîne de fermeture. Le distribu- teur du matériau peut aussi être un mélangeur dynamique. Chacune des fibres 1 provenant des dispositifs 13 passe dans un oeillet céramique respectif 20 formé dans la plaque de guidage 14. Dans le mode de réalisation d'âme de câble fabriquée avec la chaine de fabrication de la figure 2, six fibres optiques 1 sont présentes, bien que d'autres nombres puissent être utilisés, si bien que tous les oeil- lets 20 de la plaque de guidage ne sont pas utilisés. Chaque fibre 1 est associée à un "coin" respectif 21 de l'ouverture hexagonale 15 de guidage dans cet exemple, mais, pour d'autres nombres de fibres, des formes diffé- rentes d'ouvertures peuvent être utilisées. Les fibres 1 sont retenues au coin 21 par la tension appliquée vers l'arrière. L'ouverture de guidage est montée afin qu'elle soit réglable dans les directions x, y et z, c'est-à-dire dans la direction d'avance dans l'appareillage et dans deux directions perpendiculaires dans un plan transversal à la direction d'avance de base. Le mélangeur statique 16 a deux entrées, une pour chaque composant du polyuréthanne à deux composants, et il comprend par exemple un tube de polymère ayant un diamètre interne de 6 à 10 mm et une longueur de 100 à 200 mm dans lequel est contenue une hélice polymère dont le diamètre correspond au diamètre interne du tube. Les composants sont transmis aux entrées du mélangeur par un dispositif de pompage non représenté. L'hélice peut avoir de 15 à 40 spires, suivant la nature des matériaux à mélanger. Le mélange est réalisé par division du courant des deux compo- sants à chaque tour de l'hélice qui n'est pas continue et tourne d'un angle de 90 à chaque tour complet. Les débits de polyuréthanne sont par exemple de 100 à 300 cm3/min et un mélangeur statique de 6 mm de diamètre interne et à 20 spires s'est révélé adapté au remplissage d'un profilé en C. La polymérisation est rapide après le mélange des cons- tituants, par exemple il est d'une minute à température ambiante, mais, lors de l'utilisation d'un mélangeur sta- tique tel que décrit précédemment, aucun problème de poly- mérisation dans le mélangeur ne s'est posé pendant les essais. Après polymérisation, les polyuréthannes utilisés ont par exemple une dureté Shore inférieure ou égale à 400. Lors de la fabrication d'un ensemble d'âme pour câble sous-marin, le profilé en C 3' avance avec sa fente vers le haut, dans le dispositif 11 de guidage. Les fibres pénètrent dans le profilé en C et, avant la fermeture de celui-ci, le matériau de remplissage sous forme du mélange est introduit dans le profilé en C avec un débit suffisant pour que le remplissage soit convenable. Le profilé en C est chauffé à 60 C environ (au maximum) avant le point 10 d'introduction, celui-ci étant indiqué par la flèche 22, et cette opération accélère la polymérisation. Le profilé en C est fermé par une filière 17 de manière classique. La poly- mérisation est réalisée avant l'arrivée au dispositif 18 de traction. La position d'ouverture de guidage est ajustée afin que l'espacement relatif voulu des fibres soit obtenu dans le profilé fermé en C. Le profilé en C n'est pas tota- lement fermé et l'excès de polyuréthanne peut remplir la fente restante. Le polyuréthanne polymérisé est collé à l'intérieur du profilé fermé en C, si bien que le problème du déplacement relatif est résolu, mais il peut être faci- lement retiré des fibres elles-mêmes, de manière mécanique. Lorsque le fonctionnement de l'installation doit être interrompu puis doit recommencer, le dispositif de chauf- fage est arrêté et le distributeur du matériau de remplis- sage est déplacé afin qu'il ne débite pas dans le profilé en C. Bien que le tube de pression décrit précédemment soit formé d'un profilé en C 3', c'est-à-dire d'un élément unique, il peut aussi être formé de deux ou plusieurs élé- ments qui, lorsqu'ils sont refermés les uns sur les autres, délimitent un tube et qui peuvent être séparés afin qu'ils permettent l'introduction des fibres et l'injection du matériau de remplissage. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une âme pour câble sous- marin à fibres optiques, caractérisé en ce qu'il comprend l'avance de plusieurs fibres optiques (1) à distance les unes des autres dans un espace délimité par un ou plusieurs éléments allongés (3') à partir desquels une structure tubulaire peut être formée, l'injection d'un matériau liquide de remplissage dans ledit espace, la formation de la structure tubulaire, et la transformation, naturelle ou provoquée, du matériau liquide de remplissage en un maté- riau solide dans lequel les fibres sont enrobées à des emplacements tels qu'elles sont distantes les unes des autres et de la structure tubulaire. 2. Procédé de fabrication d'un ensemble à fibres optiques, caractérisé par les étapes suivantes: le déplacement d'un organe allongé (3') à section en C dans une première direction générale au-delà d'un premier point, l'avance d'au moins une fibre optique (1) à l'inté- rieur de l'organe allongé, au premier point, l'injection d'un matériau liquide de remplissage à l'intérieur de l'organe allongé afin qu'il entoure la fibre ou chaque fibre, la mise de la section de l'organe allongé à une forme pratiquement circulaire, et la transformation, naturelle ou provoquée, du maté- riau liquide de remplissage à l'état d'un matériau solide dans lequel la fibre ou chaque fibre est enrobée dans une position respective prédéterminée, les fibres étant dis- tantes les unes des autres et de l'organe allongé. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et -2, caractérisé en ce que le matériau liquide de remplissage est un polyuréthanne à deux composants à polymérisation exothermique, et le procédé comprend le mélange des deux composants dans un mélangeur statique (16) avant l'étape d'injection. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend le chauffage de l'organe allongé (3') avant son passage au premier point afin que la polymérisa- tion du matériau de remplissage soit accélérée. 5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe allongé (3') est formé d'un matériau con- ducteur de l'électricité, et forme un tube résistant à la pression lorsqu'il a une section pratiquement circulaire, et l'organe allongé est transmis à une filière de fermeture mettant sa section à une forme pratiquement circulaire. 6. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre plusieurs fibres (1) qui avancent dans un dispositif de guidage (15) avant de pénétrer dans l'organe allongé, le dispositif de guidage assurant le positionnement des fibres à des emplacements relatifs tels que, lorsque les fibres sont enrobées, elles occupent des positions respectives prédéterminées. 7. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape de formation de l'or- gane allongé à section en C à partir d'une bande plate. 8. Procédé de fabrication d'une âme pour câble sous- marin à fibres optiques, caractérisé par les étapes d'avance de plusieurs fibres optiques (1) à distance les unes des autres dans un profilé ouvert en C (3'), l'injec- tion d'un matériau liquide de remplissage à base d'un poly- uréthanne à deux composants et à polymérisation exother- mique, dans le profilé en C, de fermeture du profilé en C, et de polymérisation, naturelle ou provoquée, du matériau de remplissage afin que les fibres soient enrobées dans le matériau polymérisé de remplissage à des emplacements res- pectifs distants les uns des autres et du profilé fermé. 9. Procédé de fabrication d'une âme pour cable sous- marin à fibres optiques, caractérisé par les étapes d'avance de plusieurs fibres optiques (1) à distance les unes des autres dans un espace délimité par un ou plusieurs éléments allongés (3') à partir desquels une structure tubulaire peut être formée, d'injection d'un matériau liquide de remplissage à base d'un polyuréthanne à deux composants à polymérisation exothermique, dans ledit espace, de formation de la structure tubulaire, et de poly- mérisation, naturelle ou provoquée, du matériau de remplis- sage si bien que les fibres sont enrobées dans le matériau polymérisé de remplissage, à des emplacements respectifs tels qu'elles sont distantes les unes des autres et de la structure tubulaire. 10. Ensemble à fibres optiques, caractérisé en ce qu'il comprend un tube de pression et une ou plusieurs fibres optiques (1) enrobées dans un matériau polymérisé élastique (2) et distantes les unes des autres et du tube de pression, le matériau polymérisé élastique remplissant le tube de pression. 11. Ensemble à fibres optiques selon la revendica- tion 10, caractérisé en ce que le tube de pression est formé d'un matériau conducteur de l'électricité. 12. Ensemble à fibres optiques selon l!une des revendications 10 et 11, caractérisé en ce que le matériau polymérisé élastique (2) est un polyuréthanne. 13. Ensemble à fibres optiques selon l'une quel- conque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que les fibres optiques (1) sont revêtues d'une couche d'accrochage. 14. Ensemble à fibres optiques selon l'une quel- conque des revendications 10 à 13, caractérisé en ce que le matériau polymérisé élastique est collé au tube de pression.