Brevet FR2659750A1 — publié le 19910920

CABLE A FIBRE OPTIQUE La présente invention concerne un câble optique comportant au moins une fibre optique, une gaine dans laquelle la fibre s'étend sur la majeure partie de sa longueur, et un élément d'extrémité à chaque bout du câble. Quand des câbles optiques de ce genre sont utilisés dans des environ- nements o ils sont soumis à des variations fortes et répétées de la température, la fibre optique peut être endommagée à la suite des effets de dilatations thermiques différentielles dans le câble La fibre optique est souvent faite d'une matière à base de silice qui a un faible coefficient de dilatation thermique Le problème est que la gaine dans laquelle s'étend la fibre est faite d'une matière différente, ayant un coefficient de dilatation nettement différent Quand la gaine est en fibres de verre, elle a un coefficient de dilatation thermique positif et relativement élevé, tandis qu'une gaine faite de fibres aramides telles que le Kevlar (dénomination commerciale) peut avoir un coefficient de dilatation négatif Dans les cas o la fibre optique et la gaine sont fixées dans des éléments d'extrémité aux deux bouts du câble, les dilatations différentielles entraînent des forces dans la fibre Selon la configuration des bouts du câble et selon que la température est croissante ou décroissante, cette force peut créer un mouvement de la fibre dans l'élément d'extrémité ou causer de la fatigue en raison de la répétition des forces de compression ou de traction Un mouvement de la fibre est à éviter parce qu'il peut rendre inefficace le couplage optique; il peut aussi entraîner des dommages à la fibre Les contraintes appliquées à une fibre optique fixée à demeure dans un élément d'extrémité peuvent entraîner une rupture ou une modification des propriétés optiques de la fibre. La présente invention a pour but de créer un câble optique permettant d'éviter les problèmes exposés ci-dessus. Dans ce but, l'invention concerne un câble optique du genre indiqué plus haut, caractérisé en ce que la gaine est fixée aux éléments d'extrémité à chaque bout du câble, en ce que la gaine comporte au moins un filament d'une matière ayant un coefficient de dilatation sensiblement égal à celui de la fibre optique, et en ce que le ou chaque filament est disposé longitudinalement dans la gaine de façon à limiter la dilatation de la gaine à une valeur proche de celle de la fibre optique. De préférence, le ou chaque filament est lié à la gaine sur toute sa longueur. Le ou chaque filament peut être fait de la même matière que la fibre optique La gaine comporte de préférence un ensemble desdits filaments, disposés parallèlement les uns des autres. La gaine peut comporter une première couche tressée s'étendant le long de la fibre optique entre le ou chaque filament et la fibre optique De préférence, la gaine comporte une seconde couche tressée disposée extérieurement par rapport au filament ou à chaque filament La gaine peut comporter un tube extérieur disposé à l'extérieur de la seconde couche tressée, de la matière dudit tube étant infiltrée à travers la seconde couche tressée et les filaments jusqu'à la première couche tressée Le tube extérieur peut être en résine polymère fluorée et la ou chaque couche tressée peut être en fibres aramides De préférence, la fibre optique est fixée aux éléments d'extrémité. On décrira ci-dessous à titre d'exemples diverses formes de réalisation de l'invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue latérale simplifiée et partiellement coupée d'une forme de réalisation d'un câble optique selon l'invention, la figure 2 est une vue en perspective écorchée d'une partie du câble optique, à une échelle agrandie, la figure 3 est une vue en coupe transversale suivant la ligne 111-III de la figure 2, -3- la figure 4 est une vue en coupe longitudinale d'une autre partie du câble, et les figures 5 et 6 sont des vues en perspective écorchée montrant deux autres formes de réalisation du câble. En référence à la figure 1, le câble optique représenté comporte une fibre optique 1 qui s'étend sur toute la longueur du câble, à l'intérieur d'une gaine 2 Aux deux bouts du câble, les extrémités de la gaine 2 sont fixées à des éléments d'extrémité 3 et 4 appartenant à des coupleurs optiques. La construction du câble est représentée plus en détail dans les figures 2 à 4 La fibre a une structure connue comprenant un coeur 10 en silice, entouré d'une enveloppe 11 également en silice, mais ayant un indice de réfraction plus faible, de sorte qu'un rayonnement optique délivré dans le coeur subit des réflexions internes totales à l'interface du coeur et de l'enveloppe La fibre 1 est noyée dans une gaine intermédiaire 12 faite d'une matière solide telle qu'un polymère flexible à haute résistance à la température, par exemple une résine polymère fluorée a Autour de la gaine intermédiaire 12 sont prévues des couches tressées coaxiales comprenant une couche intérieure 13 et une couche extérieure 14 qui peuvent être en fibres de silice tressées, ou d'un polymère résistant aux hautes température tel qu'un aramide (par exemple le Kevlar, dénomination commerciale) Entre les deux couches tressées 13 et 14 est interposé un nouvel élément de tension 15 qui consiste en une couche formée de filaments de silice s'étendant parallèlement à laxe du câble. La silice composant les filaments est du même type que celle de la fibre 1, si bien que ces deux éléments ont le même coefficient de dilatation thermique Un tube extérieur 16 est extrudé autour de la couche extérieure 14, de façon que la matière du tube 16 s'infiltre à travers la couche tressée 14 et l'élément de tension 15 jusque dans la couche tressée intérieure 13 Ainsi, le tube 16 devient lié aux deux couches tressées 14 et 13 et à l'élément de tension 15 quand la matière du tube durcit Le tube 16 est fait d'une matière imperméable qui résiste aux hautes température et à l'abrasion, par exemple une résine polymère -4- fluorée ou un polymère similaire Les résines polymères fluorées ont l'avantage d'être suffisamment réactives, aux températures d'extrusion, pour attaquer la surface de la silice de façon à lui être bien liée. Le raccord 3 est un composant métallique à forme générale cylindrique, présentant un alésage central 30 traversé par la fibre 1 Le tube 16 est fixé sur l'extérieur du raccord 3, par exemple par serrage Dans ce but, l'extrémité du tube 16 peut être moulée de façon à présenter une protubérance telle qu'un rebord 17 qui se loge dans un creux du raccord. Dans d'autres exécutions, le tube 16 pourrait être fixé au raccord 3 d'une autre manière, par exemple par trempage dans une matière durcissable telle qu'une résine époxy. A l'arrière du câble, le raccord 4 est raccordé à la fibre l et au tube extérieur 16 de la même manière que le raccord avant 3 Les deux raccords 3 et 4 sont conformés de manière à s'adapter à des raccords optiques complémentaires, non représentés. Du fait que l'élément de tension 15 a le même coefficient de dilatation thermique que la fibre 1, il empêche que la gaine 2 du câble ait des dilatations thermiques différentes de la fibre I. La fibre I peut être libre de coulisser le long de l'alésage 30, auquel cas la gaine 2 réduit l'amplitude du mouvement de la fibre par rapport au raccord 3 en cas de variation thermique Dans d'autres cas, la fibre l peut être fixée dans l'alésage par serrage ou collage, auquel cas les contraintes créées dans la fibre par des forces de compression ou de traction sont réduites grâce à la gaine 2 et la durée de service du câble est accrue. Là o l'on exige une efficacité maximale du couplage optique, il est généralement préférable de fixer la fibre dans le raccord optique correspondant. Il n'est pas essentiel que les filaments de l'élément de tension soient faits de la même matière que la fibre, pourvu qu'ils aient sensiblement 2659750 le même coefficient de dilatation thermique De préférence, les filaments sont électriquement non conducteurs. Les éléments d'extrémité du câble ne sont pas forcément des raccords, et pourraient être par exemple une source optique ou un détecteur. Dans l'agencement décrit ci-dessus, la gaine 2 est étroitement ajustée autour de la fibre 1 D'autres agencements sont possibles, dans lesquels la gaine est libre autour de la fibre Par exemple, comme le montre la figure 5, la gaine 2 ' ne comporte pas de gaine intermédiaire, la couche tressée 13 ' étant relativement libre autour de la fibre 1. Une autre variante, représentée à la figure 6, est la même que celle de la figure 5, sauf qu'elle n'a pas de couche intérieure tressée et que l'élément de tension 15 " forme le composant intérieur de la gaine 2 ", adjacent à la fibre 1 "'. Les câbles optiques représentés aux figures 4 et 5 seront plus légers et plus flexibles que celui de la figure 1, mais ils ne protégeront pas aussi bien la fibre. 6- Revendications 1 Câble optique comportant au moins une fibre optique, une gaine dans laquelle la fibre s'étend sur la majeure partie de sa longueur, et un élément d'extrémité à chaque bout du câble, caractérisé en ce que la gaine ( 2) est fixée aux éléments d'extrémité ( 3, 4) à chaque bout du câble, en ce que la gaine ( 2) comporte au moins un filament ( 15) d'une matière ayant un coefficient de dilatation sensiblement égal à celui de la fibre optique ( 1), et en ce que le ou chaque filament ( 15) est disposé longitudinalement dans la gaine ( 2) de façon à limiter la dilatation de la gaine à une valeur proche de celle de la fibre optique ( 1). 2 Câble optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ou chaque filament ( 15) est lié à la gaine ( 2) sur toute sa longueur. 3 Câble optique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le ou chaque filament ( 15) est fait de la même matière que la fibre optique ( 1). 4 Câble optique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la gaine ( 2) comporte un ensemble desdits filaments ( 15), disposés parallèlement les uns des autres. Câble optique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la gaine ( 2) comporte une première couche tressée ( 13) s'étendant le long de la fibre optique entre le ou chaque filament ( 15) et la fibre optique ( 1). 6 Câble optique selon la revendication 5, caractérisé en ce que la gaine ( 2) comporte une seconde couche tressée ( 14) disposée extérieurement par rapport au filament ou à chaque filament ( 15). 7 Câble optique selon la revendication 6, caractérisé en ce que la gaine ( 2) comporte un tube extérieur ( 16) disposé à l'extérieur de la seconde couche tressée ( 14), de la matière dudit tube ( 16) étant infiltrée à travers la seconde couche tressée ( 14) et les filaments ( 15) jusqu'à la première couche tressée ( 13). 8 Câble optique selon la revendication 7, caractérisé en-ce que le tube extérieur ( 16) est en résine polymère fluorée. 9 Câble optique selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que la ou chaque couche tressée ( 13, 14) est en fibres aramides. 10 Câble optique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fibre optique ( 1) est fixée aux éléments d'extrémité ( 3, 4) .