Brevet FR2745116A1 — publié le 19970822

CABLE ELECTRIQUE BLINDE ET PROCEDE DE FABRICATION D'UN TEL CABLE. DESCRIPTION Domaine technique L'invention concerne un câble électrique blindé du type comprenant une gaine de protection métallique entourant un ou plusieurs conducteurs électriques, chacun de ces conducteurs étant enrobé par une gaine isolante réalisée en une matière minérale telle que de la silice. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel câble. Un câble électrique blindé conforme à l'invention peut notamment être utilisé pour connecter à des appareils de mesure des capteurs de mesure de grandeurs physiques tels que des capteurs de température (thermocouples, sondes à résistance, etc.) ou des capteurs de mesure neutronique (chambres à fission, collectrons, etc.). Il peut donc être utilisé dans tous les domaines de 11 industrie. Il trouve cependant une application privilégiée dans des conditions d'ambiance difficile telles qu'une ambiance nucléaire, dans laquelle il est nécessaire de disposer de câbles qui conservent leur qualité d'isolement sous irradiation, en évitant la perturbation des mesures par des courants parasites. Etat de la technique Dans de nombreuses industries et notamment dans l'industrie nucléaire, il est connu de relier les capteurs de mesure de grandeurs physiques aux différents appareils de mesure par des câbles à isolant minéral, dans les zones où les conditions d'ambiance sont hostiles. Un tel câble comprend un ou plusieurs conducteurs placés dans une gaine de protection métallique, les différents conducteurs étant isolés entre eux ainsi que par rapport à la gaine de protection métallique par un isolant minéral. Selon la grandeur physique mesurée, les conducteurs sont de même nature ou de natures différentes. Par exemple, un câble reliant un thermocouple à un appareil de mesure est habituellement constitué de paires de conducteurs de natures différentes, adaptées à celles des conducteurs du thermocouple. Les isolants utilisés sont le plus souvent de l'alumine, de la magnésie ou de la silice. Un premier procédé connu de fabrication d'un tel câble consiste à préparer une ébauche constituée par un tube métallique de gros diamètre, à l'intérieur duquel sont installés un ou plusieurs conducteurs électriques isolés par un isolant minéral. Cet isolant se présente sous la forme d'une poudre ou de perles préfrittées de magnésie ou d'alumine, qui ont la particularité d'être friables. Cette caractéristique permet à l'isolant de se répartir uniformément dans la gaine métallique et autour des différents conducteurs pendant les opérations suivantes de réduction de diamètre. L'ébauche est ensuite soumise à une opération d'étirage au travers d'une filière ou à une opération de rétreint au moyen d'une machine à rétreindre. Cette opération est répétée autant de fois que nécessaire jusqu'à l'obtention du diamètre final désiré pour le câble. Dans les câbles ainsi fabriqués, l'épaisseur de l'isolant n'est pas parfaitement maîtrisée en tout point. En d'autres termes, les opérations de réduction de diamètre peuvent conduire à une répartition non homogène de l'isolant entre les conducteurs et entre la gaine de protection métallique et les conducteurs. Il est donc nécessaire de prévoir une épaisseur d'isolant suffisante pour que la résistance d'isolement désirée soit obtenue dans les zones où l'isolant présente sa plus faible épaisseur après la réduction de diamètre du câble. Cela conduit à utiliser une quantité d'isolant plus importante qu'il ne serait nécessaire si la répartition de l'isolant était assurée de façon homogène sur toute la section du câble. De plus, la magnésie et l'alumine présentent l'inconvénient d'être hydroscopiques, donc sensibles à l'humidité ambiante. Un deuxième procédé connu de fabrication de câbles concerne plus particulièrement la fabrication de câbles isolés par de la silice. En effet, le caractère non friable de ce matériau rend alors difficile l'application du procédé qui vient d'être décrit. Selon ce deuxième procédé de fabrication connu, on prépare une ébauche dont le diamètre est proche du diamètre final du câble à fabriquer. La réduction de diamètre a alors seulement pour fonction de compacter la silice utilisée pour l'isolation afin d'assurer une bonne cohésion de celle-ci autour des conducteurs électriques et dans la gaine de protection métallique. Avant cette réduction limitée du diamètre de l'ébauche, l'élaboration de celle-ci peut se faire selon deux techniques différentes. Selon une première technique connue, le conducteur électrique ou le faisceau de conducteurs est enrobé par extrusion au moyen d'une pâte de silice imprégnée d'eau. Cette pâte est obtenue à partir de fibres de silice humidifiées. Le ou les conducteurs ainsi revêtus de silice sont séchés, puis placés dans la gaine de protection métallique. On procède ensuite à la réduction de diamètre afin d'éliminer les jeux et d'obtenir une cohésion suffisante comme on l'a décrit plus haut. Une deuxième technique connue de fabrication de l'ébauche destinée à subir la réduction de diamètre précitée consiste à utiliser des isolateurs préfabriqués à partir de fibres de silice humidifiées, puis séchées. Ces isolateurs sont montés sur les conducteurs électriques avant que ces derniers ne soient placés dans la gaine de protection métallique. Une légère réduction du diamètre est ensuite effectuée comme décrit précédemment, de façon à éliminer les jeux et à obtenir la cohésion désirée. Ce deuxième procédé connu permet de réaliser des câbles blindés de faible longueur et dont les épaisseurs d'isolants sont relativement importantes. En revanche, il n'est pas adapté à la fabrication de câbles de faible diamètre et de grande longueur. De plus, il ne permet pas non plus de maîtriser parfaitement l'épaisseur de l'isolant, ce qui conduit à l'utilisation d'épaisseurs d'isolant excédentaires pour obtenir la résistance d'isolement désirée. Exposé de l'invention L'invention a principalement pour objet un câble électrique blindé isolé par une matière minérale telle que de la silice et susceptible de présenter si nécessaire un faible diamètre et une grande longueur, tout en présentant une épaisseur d'isolant parfaitement maîtrisée et uniforme permettant d'obtenir la résistance d'isolement désirée sans excédent d'isolant. Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu au moyen d'un câble électrique blindé entourant au moins un conducteur électrique enrobé par une gaine isolante en matière minérale, caractérisé par le fait que la gaine isolante de chaque conducteur électrique est formée de fibres de matière minérale tressées. Dans le cas où le câble électrique blindé selon l'invention est un câble multiconducteur, la gaine de protection métallique entoure un faisceau de conducteurs électriques enrobés chacun par des fibres de matière minérale tressées. Une gaine intermédiaire peut alors être interposée entre la gaine de protection métallique et le faisceau. La gaine intermédiaire peut être réalisée en fibres de matière minérale tressées, pour contribuer à l'isolation entre les conducteurs électriques et entre ces derniers et la gaine de protection métallique. La gaine intermédiaire peut aussi être réalisée en un métal tel que du cuivre afin d'assurer une fonction de blindage supplémentaire et de protection contre les effets électromagnétiques ambiants. Les fibres de matière minérale qui sont tressées autour de chaque conducteur électrique et, le cas échéant, autour du faisceau de conducteurs électriques, sont des fibres de silice. Pour permettre la fabrication d'un câble de grande longueur, la gaine de protection métallique peut être formée de tubes métalliques soudés bout à bout. Lorsqu'on désire donner une plus grande souplesse au câble, on utilise une gaine de protection métallique ondulée entourant avec un certain jeu le ou les conducteurs gainés par les fibres de matière minérale tressées. L'invention a aussi pour objet un procédé de fabrication d'un câble électrique blindé, comprenant une gaine de protection métallique entourant au moins un conducteur électrique enrobé par une gaine isolante en matière minérale, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes suivantes - tressage de fibres de ladite matière minérale sur chaque conducteur électrique, pour former la gaine isolante ; - montage du conducteur électrique revêtu de fibres tressées, dans la gaine de protection métallique. Lorsque le câble à fabriquer comprend un faisceau de conducteurs électriques, dont chacun est revêtu de fibres tressées, on peut entourer le faisceau d'une gaine intermédiaire que l'on monte dans la gaine de protection métallique. La gaine intermédiaire peut alors être soit une gaine métallique, soit une gaine tressée, en fibres de matière minérale. Comme on l'a déjà mentionné, on utilise de préférence de la silice comme matière minérale. Avantageusement, le montage du conducteur électrique ou du faisceau de conducteurs dans la gaine de protection métallique est suivi d'une légère réduction du diamètre extérieur de cette gaine de protection, réalisée par exemple par compactage. Cette opération permet d'annuler les jeux entre les conducteurs et entre ces derniers et la gaine de protection métallique. Si nécessaire, elle permet aussi de compacter la silice afin que les différents conducteurs électriques soient maintenus dans le câble. Avantageusement, on réalise la gaine de protection métallique en soudant des tubes métalliques bout-à-bout. Si nécessaire on peut aussi utiliser une gaine de protection métallique ondulée, pour donner plus de souplesse au câble. Brève description des dessins On décrira à présent, à titre d'exemples non limitatifs, différentes formes de réalisation de l'invention en se référant aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue en perspective et en coupe illustrant une première forme de réalisation de l'invention, dans laquelle le câble électrique blindé comporte un seul conducteur électrique ; - la figure 2A est une vue en coupe transversale d'un câble électrique blindé, illustrant une deuxième forme de réalisation de l'invention dans laquelle le câble comporte plusieurs conducteurs électriques ; - la figure 2B est une vue en coupe comparable à la figure 2A, illustrant une variante de la deuxième forme de réalisation ; et - la figure 3 est une vue en perspective et en coupe, avec arrachement, illustrant une autre variante de la deuxième forme de réalisation de l'invention. Exposé détaillé de formes de réalisation préférentielles Dans la forme de réalisation illustrée sur la figure 1, le câble électrique blindé conforme à l'invention comprend une gaine de protection métallique 10 qui entoure un conducteur électrique unique 12. Conformément à l'invention, l'isolation entre le conducteur électrique 12 et la gaine de protection métallique 10 est assurée par une gaine isolante 14 formée de fibres 16 tressées. Plus précisément les fibres 16 sont des fibres d'une matière minérale constituées de préférence par de la silice. Les fibres 16 sont tressées directement sur le conducteur électrique 12, en une ou plusieurs couches, de façon à donner à la gaine isolante 14 l'épaisseur qui correspond à la résistance d'isolement désirée. Plus précisément, l'épaisseur de la gaine 14 dépend à la fois du diamètre des fibres 16 utilisées ainsi que du nombre de couches de fibres tressées sur le conducteur électrique 12. La gaine isolante 14 présente ainsi la forme d'un tube d'épaisseur parfaitement uniforme qui assure l'isolation désirée sans qu'il soit nécessaire d'utiliser une quantité excédentaire de matière isolante. Lorsque les fibres 16 de matière minérale ont été tressées sur le conducteur électrique 12 pour former la gaine isolante 14, le conducteur revêtu de cette gaine est introduit dans la gaine de protection métallique 10 selon l'axe de cette dernière. A cet effet, le diamètre intérieur de la gaine de protection métallique 10 est légèrement supérieur au diamètre extérieur de la gaine isolante 14 pour que cette opération puisse être accomplie aisément. La gaine de protection métallique 10 peut notamment être réalisée en acier inoxydable, en assemblant bout-à-bout, si nécessaire, plusieurs tubes 18 afin d'obtenir la longueur de câble désirée. L'épaisseur des tubes 18 formant la gaine de protection métallique 10 est choisie de façon à procurer une bonne résistance mécanique tout en présentant une souplesse suffisante pour l'application envisagée. Comme on l'a illustré schématiquement à titre d'exemple sur la figure 1, l'assemblage bout-à-bout des tubes 18 formant la gaine de protection métallique 10 peut être effectué en emmanchant ces tubes bout-à-bout et en les soudant. La référence 20 désigne le cordon de soudure. Lorsque le conducteur électrique 12 revêtu de sa gaine isolante 14 a été introduit dans la gaine de protection métallique 10, le diamètre de cette dernière peut être légèrement réduit, si nécessaire, lors d'une opération de compactage. Cette opération peut notamment être constituée par un martelage ou un étirage du câble. Elle est destinée principalement à annuler les jeux entre le conducteur électrique 12 revêtu de sa gaine isolante 14 et la gaine de protection métallique 10. Elle permet également, si nécessaire, de compacter les fibres de matière minérale tressées qui constituent la gaine isolante 14, de façon que le conducteur électrique 12 soit maintenu dans le câble. A la fin de l'opération de compactage, le câble présente le diamètre final désiré. A titre d'exemple, dans la forme de réalisation de la figure 1 qui correspond à un câble coaxial, le diamètre extérieur de ce câble peut être d'environ 1 mm. Il est à noter qu'un tel câble ne pouvait être obtenu selon les techniques existantes. La figure 2A illustre une deuxième forme de réalisation de l'invention, dans laquelle le câble électrique blindé comporte un faisceau de conducteurs électriques 12. Comme dans la première forme de réalisation de l'invention, chacun de ces conducteurs électriques 12 est enrobé par une gaine isolante 14 formée de fibres tressées, réalisées en une matière minérale telle que de la silice. Chacune des gaines isolantes 14 est obtenue en tressant directement les fibres de matière minérale, en une ou plusieurs couches, autour de chacun des conducteur électriques 12. Les conducteurs électriques 12 ainsi revêtus de leur gaine isolante 14 sont ensuite regroupés en faisceau et introduits dans la gaine de protection métallique 10, selon l'axe de cette dernière. A cet effet, le diamètre intérieur de la gaine de protection métallique 10 est choisi afin que le faisceau de conducteurs électriques 12 revêtus de leur gaine isolante 14 puisse être introduit aisément dans la gaine de protection métallique 10. Par ailleurs, cette dernière peut être obtenue par l'assemblage bout-à-bout de plusieurs tubes en acier inoxydable, afin d'obtenir la longueur désirée, comme on l'a décrit précédemment en se référant à la figure 1. Si nécessaire, l'ensemble ainsi obtenu est ensuite soumis à un compactage afin de donner au câble le diamètre final désiré. Cette opération est également comparable à celle qui a été décrite précédemment en se référant à la figure 1. Sur la figure 2B, on a représenté une variante de la deuxième forme de réalisation de l'invention qui vient d'être décrite en se référant à la figure 2A. Cette variante concerne également la fabrication d'un câble électrique blindé multiconducteur. Elle diffère essentiellement de la précédente par le fait qu'une gaine intermédiaire 22 est interposée entre le faisceau de conducteurs électriques 12 revêtus de leur gaine isolante 14 et la gaine de protection métallique 10. Dans un certain nombre d'applications, la gaine intermédiaire 22 est constituée par une tresse en une matière minérale telle que de la silice. La gaine intermédiaire 22 permet alors d'augmenter l'épaisseur de l'isolant entre les conducteurs électriques 12 et la gaine de protection métallique 10. Elle permet aussi de faciliter le montage du faisceau de conducteurs électriques dans la gaine de protection métallique 10 en maintenant les conducteurs électriques revêtus de leur gaine isolante. Dans d'autres applications, la gaine intermédiaire 22 est une gaine métallique, constitué par exemple par un tube de cuivre ou une tresse de fils de cuivre. Elle remplit alors une fonction de blindage et de protection contre les perturbations électromagnétiques ambiantes. Comme dans la forme de réalisation décrite précédemment en se référant à la figure 2A, chacun des conducteurs électriques 12 est d'abord revêtu de sa gaine isolante 14 en tressant directement les fibres de matière minérale, en une ou plusieurs couches, sur ces conducteurs. Le faisceau de conducteurs électriques 12 revêtus de leur gaine isolante 14 est ensuite placé dans la gaine intermédiaire 22. Lorsque cette gaine est constituée de fibres de matière minérale, elle est obtenue en tressant directement ces fibres autour du faisceau, en une ou plusieurs couches, selon l'épaisseur que l'on désire donner à la gaine intermédiaire 22. L'ensemble constitué par la gaine intermédiaire 22 et par le faisceau de conducteurs électriques 12 revêtus de leur gaine isolante 14 est ensuite introduit dans la gaine de protection métallique 10 selon l'axe de cette dernière, comme dans les formes de réalisation décrites précédemment. Lorsque la gaine intermédiaire 22 est constituée par une gaine métallique, celle-ci est fabriquée à partir d'un ou de plusieurs tubes assemblés bout-à-bout, de la même manière que la gaine de protection métallique 10. Le faisceau de conducteurs électriques 12 revêtus de leur gaine isolante 14 est alors introduit dans la gaine intermédiaire 22, selon l'axe de cette gaine. Dans ce cas, il est à noter que l'introduction du faisceau dans la gaine intermédiaire peut être faite soit préalablement à l'introduction de l'en semble dans le gaine de protection métallique 10, soit alors que la gaine intermédiaire 22 a déjà été introduite dans cette gaine de protection. Quelle que soit la nature de la gaine intermédiaire 22, la fabrication du câble se termine alors, de préférence, par une opération de compactage qui en réduit légèrement le diamètre. Cette opération est similaire à celle qui a été décrite en se référant à la figure 2A et répond aux mêmes objectifs. Sur la figure 3, on a représenté une autre variante de la deuxième forme de réalisation de l'invention. Cette autre variante diffère essentiellement de la variante de la figure 2B par la structure de la gaine de protection métallique 10' qui constitue l'enveloppe extérieure du câble. En effet, au lieu d'être constituée par un tube ou un assemblage de tubes de section uniforme, cette gaine de protection métallique 10' est constituée dans ce cas par un tube ondulé dont le diamètre diminue et augmente régulièrement pour présenter approximativement la forme d'une sinusoïde en coupe longitudinale. Le faisceau de conducteurs électriques 10 revêtus de leur gaine isolante 14 et entouré par la gaine intermédiaire 22 est alors monté libre dans la gaine de protection métallique 10'. Cette variante de réalisation de la figure 3 procure une plus grande souplesse au câble sans que les caractéristiques mécaniques et de blindage en soient réduites. Dans la variante de réalisation de la figure 3, la nécessité d'un certain jeu entre la gaine de protection ondulée 10' et la gaine intermédiaire 22 ne permet pas d'effectuer une opération de compactage à la fin de la fabrication. Par conséquent, si l'application envisagée nécessite un compactage afin notamment d'annuler les jeux entre les conducteurs électriques 12 et la gaine intermédiaire 22 ainsi qu'entre les conducteurs électriques 12 et les gaines isolantes 14 qui les entourent, cette opération doit précéder l'introduction de l'ensemble dans la gaine de production métallique 10'. Un câble électrique blindé tel que ceux qui viennent d'être décrits en se référant aux figures 1 à 3 peut être utilisé dans des conditions d'ambiance difficile et plus particulièrement dans une ambiance nucléaire. En effet, le câble selon l'invention conserve ses qualités d'isolement sous irradiation et la gaine de protection métallique assure alors, en plus d'une fonction de protection mécanique, une fonction de blindage qui évite que les mesures effectuées ne soient perturbées par les courants parasites habituellement créés dans une telle ambiance. Par ailleurs, il est à noter que lorsque les fibres de matière minérale tressées utilisées pour former les gaines isolantes 14 et, le cas échéant, la gaine intermédiaire 22 sont des fibres de silice, il est possible d'effectuer une soudure étanche entre la gaine de protection métallique et un capteur ou un connecteur auquel le câble doit être relié, afin d'assurer l'étanchéité de la liaison. En effet, le point de fusion élevé de la silice autorise sans risque une telle soudure. Par ailleurs, la faible constante diélectrique de la silice ainsi que la bonne maîtrise de la géométrie du câble conforme à l'invention permettent de réaliser des câbles à impédances caractéristiques de grande longueur et de petit diamètre. Comme on l'a déjà indiqué, les câbles électriques blindés conformes à l'invention peuvent donc être utilisés pour assurer la liaison avec des thermocouples de mesure de température placés dans le coeur d'un réacteur nucléaire, avec des chambres de mesure neutroniques à fission, avec des collectrons, ou encore pour assurer toute autre transmission de signaux dans des conditions de fonctionnement difficiles. REVENDICATIONS 1. Câble électrique blindé, comprenant une gaine de protection métallique (10) entourant au moins un conducteur électrique (12) enrobé par une gaine isolante (14) en matière minérale, caractérisé par le fait que la gaine isolante (14) de chaque conducteur électrique (12) est formée de fibres (16) de matière minérale tressées. 2. Câble électrique blindé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, la gaine de protection métallique (10) entourant un faisceau de conducteurs électriques (12) enrobés chacun par des fibres de matière minérale tressées, une gaine intermédiaire (22) est interposée entre la gaine de protection métallique (10) et le faisceau. 3. Câble électrique blindé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la gaine intermédiaire (22) est réalisée en fibres de matière minérale tressées. 4. Câble électrique blindé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la gaine intermédiaire (22) est réalisée en métal. 5. Câble électrique blindé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les fibres (16) de matière minérale sont des fibres de silice. 6. Câble électrique blindé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la gaine de protection métallique (10) comprend des tubes métalliques (18) soudés bout-à-bout. 7. Câble électrique blindé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la gaine de protection métallique (10') est ondulée. 8. Procédé de fabrication d'un câble électrique blindé, comprenant une gaine de protection métallique (10) entourant au moins un conducteur électrique (12) enrobé par une gaine isolante (14) en matière minérale, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes suivantes - tressage de fibres (16) de ladite matière minérale sur chaque conducteur électrique (12), pour former la gaine isolante (14) - montage du conducteur électrique (12) revêtu de fi bres tressées, dans la gaine de protection métallique (in). 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait que, le câble à fabriquer comprenant un faisceau de conducteurs électriques (12) dont chacun est revêtu de fibres tressées, on entoure le faisceau d'une gaine intermédiaire (22) que l'on monte dans la gaine extérieur métallique (10). 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait qu'on utilise une gaine intermédiaire (22) métallique. 11. Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait qu'on utilise une gaine intermédiaire (22) tressée en fibres de matière minérale. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé par le fait qu'on utilise de la silice comme matière minérale. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisé par le fait que le montage du conducteur électrique (12) dans la gaine de protection métallique (10) est suivi d'une réduction de diamètre extérieur de cette gaine de protection (10). 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé par le fait que la réduction de diamètre extérieur de la gaine de protection métallique (10) est réalisée par compactage. 15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 14, caractérisé par le fait qu'on réalise la gaine de protection métallique (10) en soudant des tubes métalliques (18) bout à bout. 16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 15, caractérisé par le fait qu'on utilise une gaine de protection métallique ondulée (10').