Brevet FR2705161A1 — publié le 19941118

Câble utilisable dans le domaine des télécommunications La présente invention concerne un câble plus particulièrement destiné à être utilisé dans le domaine des télécommunications o le signal utile transporté est de faible énergie. Les câbles assurant la liaison entre les différents systèmes véhiculent un signal utile pouvant être continu ou alternatif, mais conduisent également des perturbations10 électromagnétiques de fréquences variables, fréquences de plus en plus élevées avec l'augmentation des débits d'information. La protection des systèmes électroniques vis à vis des perturbations électromagnétiques conduites par les liaisons est devenue indispensable pour assurer un bon fonctionnement dans un environnement électromagnétique pollué, voire pour éviter des destructions car les composants électroniques travaillent avec des niveaux de tension de plus en plus faibles.20 Dans l'état actuel de la situation, la principale solution retenue est le filtrage de ces perturbations par des éléments localisés; ceux-ci sont placés à l'entrée de chaque système à protéger ou bien à la sortie des systèmes générant les perturbations. Mais cette méthode a pour25 inconvénient d'augmenter le coût des systèmes, d'accroître l'encombrement du système, et ne permet pas d'éviter que les câbles servent d'antennes. La présente invention a pour but de procurer une liaison possédant intrinsèquement la propriété d'absorber les perturbations électromagnétiques générées par les composants électroniques ou les liaisons dans les systèmes de télécommunication. L'objet de la présente invention est un câble destiné à être utilisé dans le domaine des télécommunications, de structure coaxiale, constitué d'une âme métallique entourée d'au moins deux couches dont l'une est une couche de matériau diélectrique, caractérisé par le fait que l'autre couche, placée entre ladite âme et ladite couche de matériau diélectrique sur au moins une partie de la longueur du 5 câble, est une couche de matériau composite semi-conducteur comprenant une matrice isolante et un polymère conducteur non dopé à liaisons conjuguées, ledit câble devenant ainsi un câble filtrant intrinsèquement les perturbations électromagnétiques qu'il conduit dans la gamme de fréquences inférieures à 1GHz. Le matériau composite a la propriété d'absorber les perturbations électromagnétiques conduites par l'âme métallique du câble. Cette propriété est non linéaire en fonction de la fréquence de la perturbation. Les15 perturbations électromagnétiques ne sont pas atténuées pour certaines valeurs de fréquence qui correspondent à la bande passante de la couche de matériau composite. La couche de matériau composite est disposée sur au moins une partie de la longueur du câble. Elle peut être disposée sur toute la longueur du câble ou bien seulement sur certains tronçons. Le matériau diélectrique et la matrice isolante de la couche de matériau composite sont de préférence choisis de nature différente afin de limiter la diffusion du polymère25 dans le matériau diélectrique Le polymère conducteur non dopé est choisi parmi un polymère conducteur électronique, un polymère conducteur ionique, un polymère conducteur zwitterionique, et un polymère ferromagnétique comme par exemple un copolymère de30 l'aniline et du naphtalène. De préférence, le polymère conducteur électronique est choisi parmi les polymères et les copolymères à base d'aniline, de thiophène, de pyrolle, de fullérène (carbone cristallisé de zéro dimension), de phénylène-vinylène, de35 phénylène-sulfide, d'isothionaphtène, et de leurs dérivés. De préférence, le polymère conducteur zwitterionique est choisi parmi les polymères et les copolymères à base de sulfobêtaïne et de ses dérivés. La proportion du polymère est supérieure à 5% en volume du matériau composite. L'optimum du taux de charge du polymère dans la matrice se situe au voisinage du seuil de percolation. Ce seuil dépend de la nature du polymère utilisé; dans la plupart des cas, il est supérieur 20%. Lorsque le taux de charge augmente jusqu'à atteindre le10 seuil de percolation, l'atténuation des perturbations est de plus en plus efficace. Au-delà de ce seuil, le gain en atténuation beaucoup plus faible. Selon une variante, le matériau composite contient en outre un additif conducteur choisi parmi un polymère dopé ou autodopé, une charge de noir de carbone, et une charge métallique. L'additif est introduit à un taux inférieur à % en volume de matériau composite. L'épaisseur de la couche de matériau composite est de 0,1 à 2 fois l'épaisseur de la couche de matériau diélectrique. En dessous de cette valeur l'absorption est insuffisante, au-delà tout accroissement d'épaisseur est sans effet. Plus ce rapport des épaisseurs est élevé, meilleure sera l'atténuation. Selon une variante de réalisation, l'âme métallique du câble est entourée de plusieurs couches de matériaux composites de composition et/ou d'épaisseur différente, et ces couches de matériau composite sont recouvertes d'au moins une couche de matériau diélectrique. Indépendamment, chacune des couches de matériau composite peut être disposée sur toute la longueur du câble ou bien seulement sur certains tronçons. L'épaisseur de chacune des couches peut être identique ou différente sur la longueur du câble. Les perturbations électromagnétiques sont absorbées dans un domaine de fréquences qui dépend de la nature du polymère et de l'épaisseur de la couche de matériau composite. La variation d'épaisseur permet d'agir sur les phénomènes de relaxation (modification de la résistance et de la capacité linéique de la couche) et donc de déplacer la bande passante du câble filtrant.5 Les conditions d'absorption de chacune des couches de matériau composite étant définies par son épaisseur, par la nature et la proportion du polymère qui la compose, la superposition de plusieurs couches de caractéristiques différentes permet d'ajuster aux besoins la bande passante10 du câble. Un tel câble est destiné à être utilisé dans le domaine des télécommunications. Ce type de câble est plus particulièrement avantageux dans des applications de faibles ou moyennes tensions (inférieures à 100 Volts), o la15 fréquence des perturbations électromagnétiques conduites varie entre 100kHz et 1GHz. Les câbles filtrants selon l'invention possèdent en outre d'autres avantages en terme de compatibilité électromagnétique: - ils réduisent les couplages entre câbles en absorbant les tensions parasites, - ils possèdent un meilleur comportement en émission de perturbations rayonnées puisqu'ils filtrent les courants parasites haute fréquence.25 L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront à la lecture des exemples qui vont suivre, donnés à titre illustratif et non limitatif, accompagnés des dessins annexés parmi lesquels: - la figure 1 représente un exemple de structure d'un câble selon l'invention, - la figure 2 montre l'atténuation des perturbations électromagnétiques en fonction de la fréquence pour différents matériaux composites, - la figure 3 est analogue à la figure 2 pour d'autres matériaux, - la figure 4 est analogue à la figure 2 pour des matériaux contenant du polythiophène dédopé et dopé. Sur les figures 2 à 4, l'atténuation a en décibels (dB) est donnée en ordonné, et en abcisse la fréquence F en Hertz (Hz). Sur la figure 1 est représenté un exemple de structure d'un câble selon l'invention: une couche de matériau composite semi-conducteur 1, d'épaisseur 0,6mm, et une couche de matériau diélectrique 2, d'épaisseur 2mm,10 entourent de façon concentrique l'âme centrale métallique 3 du câble, de diamètre externe 1,38mm. Le retour de masse de la structure coaxiale est assuré par une tresse métallique 4. La couche de matériau composite 1 n'est pas reliée à la masse ce qui empêche toute circulation de courant perturbateur dans cette couche. Par ailleurs, l'épaisseur de peau dans la gamme de fréquences considérée (5=1,6.10-2m & 200MHz) est largement supérieure à l'épaisseur de la couche de matériau composite, ce qui réduit le phénomène d'absorption de perturbations extérieures. Par conséquent en terme d'efficacité de blindage, l'action de la couche de matériau composite semi-conducteur est inefficace. La réalisation du câble est faite par coextrusion. La protection du câble et la cohésion de la structure sont assurées par une gaine thermorétractable 5. Le matériau diélectrique est classiquement un polyéthylène basse densité ("LLDPE ATO5600" de ATOCHEM) sans peroxyde. Ce matériau se comporte dans la gamme de fréquence considérées (100kHz à 1GHz) comme un diélectrique parfait. EXEMPLE 1 On réalise un câble de structure analogue à celle montrée par la figure 1 en utilisant comme matériau composite une couche semi- conductrice classique à base de noir de carbone. Le matériau se compose d'une matrice35 isolante à base d'un copolymère d'éthylène et d'acrylate de butyl EBA et d'une charge de noir d'acétylène dans une proportion de 25% en volume. La mesure de l'atténuation du signal en fonction de la fréquence est donnée sur la courbe 1 de la figure 2. Pour une fréquence de 100MHz, l'atténuation est extrêmement faible. EXEMPLE 2 On réalise un câble selon l'invention de structure analogue à celle montrée par la figure 1. Le matériau composite comprend une matrice isolante qui est un copolymère d'éthylène et d'acétate de vinyl EVA ("ELVAX 260"), contenant 26% d'acétate de vinyl ce qui favorise la force de scellage, et une charge de polythiophène dédopé dans une proportion de 30% en volume.15 La matrice EVA, différente du matériau diélectrique, a été choisie car elle possède un taux de charge admissible élevé et une température d'extrusion compatible avec les charges envisagées. La mesure de l'atténuation du signal en fonction de la fréquence est donnée sur la courbe 2 de la figure 2. Pour un câble de 3,7m de long, l'atténuation est de -3dB pour 50MHz et de -5dB pour 100MHz. EXEMPLE 3 On réalise un câble selon l'invention de structure analogue à celle montrée par la figure 1. Le matériau composite, analogue à celui décrit dans l'exemple 2, comprend une matrice isolante EVA et une charge de polyaniline dédopée dans une proportion de 30% en volume. La mesure de l'atténuation du signal en fonction de la fréquence est donnée sur la courbe 3 de la figure 2. L'atténuation est de -3dB à une fréquence de 30MHz et de -10dB à une fréquence de 100MHz EXEMPLE 4 On réalise un câble selon l'invention de structure analogue à celle montrée par la figure 1. Le matériau composite, analogue à celui décrit dans l'exemple 2, 5 comprend une matrice isolante EVA et une charge de copolymère ferro-magnétique de l'aniline et du naphtalène dans une proportion de 30% en volume. La mesure de l'atténuation du signal en fonction de la fréquence est donnée sur la courbe 4 de la figure 2. L'atténuation est de -3dB à une fréquence de 10MHz. EXEMPLE 5 On réalise un câble selon l'invention de structure analogue à celle montrée par la figure 1. Le matériau composite, analogue à celui décrit dans l'exemple 2,15 comprend une matrice isolante EVA et une charge de polymère conducteur ionique non dopé dans une proportion de 20% en volume. Ce polymère est obtenu en mélangeant une solution à base de cation alcalin K+ et le polyoxyéthylène (-CH2-CH2-O-)n. Le polyoxyéthylène complexe l'ion K+ qui assure la conductivité du polymère obtenu. La mesure de l'atténuation du signal en fonction de la fréquence est donnée sur la courbe 5 de la figure 3. L'atténuation est de -3dB à une fréquence de 30MHz. EXEMPLE 6 On réalise un câble selon l'invention de structure analogue à celle montrée par la figure 1. Le matériau composite, analogue à celui décrit dans l'exemple 2, comprend une matrice isolante EVA et une charge de polymère conducteur dédopé dans une proportion de 30% en volume et de30 5% de zwitterions à l'état moléculaire. La mesure de l'atténuation du signal en fonction de la fréquence est donnée sur la courbe 6 de la figure 3. L'atténuation est de -3dB à une fréquence de 20MHz. EXEMPLE 7 On réalise un câble selon l'invention de structure analogue à celle montrée par la figure 1. Le matériau composite, analogue à celui décrit dans l'exemple 2, 5 comprend une matrice isolante EVA et une charge de polymère conducteur dédopé dans une proportion de 30% en volume et de % de PVDF. La mesure de l'atténuation du signal en fonction de la fréquence est donnée sur la courbe 7 de la figure 3. L'atténuation est de -3dB à une fréquence de 7MHz. EXEMPLE 8 On réalise un câble selon l'invention de structure analogue à celle montrée par la figure 1. Le matériau composite, analogue à celui décrit dans l'exemple 2,15 comprend une matrice isolante EVA et une charge de fullérènes dans une proportion de 25% en volume. L'atténuation observée est identique à celle obtenue dans l'exemple 2 pour le polythiophène (courbe 2 de la figure 2).20 On pourrait tout aussi bien utiliser des fullérènes greffés, par exemple les bromophénylfulléroïdes, les composés nitrosés des fullérènes, les copolymères des fullérènes (en particulier le xylylène), et les métallo- fullérènes. EXEMPLE 9 On réalise un câble selon l'invention de structure analogue à celle montrée par la figure 1. Le matériau composite, analogue à celui décrit dans l'exemple 2, comprend une matrice isolante EVA et une charge de30 polythiophène dédopé dans une proportion de 30% en volume et de 5% de polythiophène dopé. La mesure de l'atténuation du signal en fonction de la fréquence est donnée sur la courbe 8 de la figure 4. L'atténuation est de -3dB à une fréquence de 50MHz. EXEMPLE 10 On réalise un câble selon l'invention de structure analogue à celle montrée par la figure 1. Le matériau composite, analogue à celui décrit dans l'exemple 2, 5 comprend une matrice isolante EVA et une charge de polythiophène dédopé dans une proportion de 30% en volume et de 10% de polythiophène dopé. La mesure de l'atténuation du signal en fonction de la fréquence est donnée sur la courbe 9 de la figure 4. L'atténuation est de -3dB à une fréquence de 40MHz. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais elle est suceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de15 l'invention. En particulier, le câble peut être revêtu extérieurement d'une ou plusieurs couches supplémentaires telles que couche de blindage électromagnétique, couche de matériau coloré destinée à l'identification, couche de protection ignifuge, etc. Ao REVENDICATIONS 1./ Cable destiné à être utilisé dans le domaine des télécommunications, de structure coaxiale, constitué d'une âme métallique entourée d'au moins deux couches dont l'une est une couche de matériau diélectrique, caractérisé par le fait que l'autre couche, placée entre ladite âme et ladite couche de matériau diélectrique sur au moins une partie de la longueur du câble, est une couche de matériau composite semi-conducteur comprenant une matrice isolante et un10 polymère conducteur non dopé à liaisons conjuguées, ledit câble devenant ainsi un câble filtrant intrinsèquement les perturbations électromagnétiques qu'il conduit dans la gamme de fréquences inférieures à 1GHz. 2./ Câble selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit polymère est choisi parmi un polymère conducteur électronique, un polymère conducteur ionique, un polymère conducteur zwitterionique, et un polymère ferro-magnétique. 3./ Câble selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ledit polymère conducteur électronique est choisi parmi les polymères et les copolymères à base d'aniline, de thiophène, de pyrolle, de fullérène, de phénylène-vinylène, de phénylène-sulfide, d'isothionaphtène, et de leurs dérivés. 4./ Câble selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ledit polymère conducteur zwitterionique est choisi parmi les polymères et les copolymères à base de sulfobêtaïne et de ses dérivés. 5./ Câble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la proportion dudit polymère est supérieure à 5% en volume du matériau composite. 6./ Câble selon l'une des revendications précédentes, - caractérisé par le fait que ledit matériau composite contient en outre un additif conducteur choisi parmi un polymère conducteur dopé ou autodopé, une charge de noir de 5 carbone, et une charge métallique, ledit additif étant introduit à un taux inférieur à 10% en volume dudit matériau composite. 7./ Câble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'épaisseur de ladite couche de matériau composite est de 0,1 à 2 fois l'épaisseur de ladite couche de matériau diélectrique. 8./ Câble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ladite âme est entourée de plusieurs couches de matériaux composites de composition15 et/ou d'épaisseur différentes, lesdites couches de matériau composite étant recouvertes d'au moins une couche de matériau diélectrique. 9./ Câble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que lesdites perturbations électromagnétiques sont absorbées dans un domaine de fréquence qui dépend de la nature dudit polymère. 10./ Câble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledites perturbations électromagnétiques sont absorbées dans un domaine de fréquence qui dépend de l'épaisseur de ladite couche de matériau composite. 11./ Application d'un câble selon l'une des revendications précédentes, au domaine des télécommunications.