Brevet FR2769121A1 — publié le 19990402

Câble électrique ou diélectrique avec fibres optiques La présente invention concerne un câble avec fibres optiques, comprenant un élément de renfort central, une première couche incluant des éléments filiformes, et au moins un tube contenant une ou des fibres optiques ayant un diamètre sensiblement égal à celui des éléments filiformes et au moins une deuxième couche d'éléments filiformes. Lorsque les éléments filiformes sont métalliques, un tel câble peut constituer un câble de garde pour la protection contre les coups de foudre et autres phénomènes d'induction et courts-circuits dans une ligne électrique aérienne dans laquelle des signaux de télécommunications sont à transmettre à travers des fibres optiques. La structure de câble définie ci-dessus est déjà connue par le brevet EP-B-0 286 804 et la demande de brevet EP-A-O 443 085. Afin d'améliorer la résistance thermique et mécanique du tube contenant les fibres optiques, le tube est en acier spécial ou en matière plastique, et les éléments filiformes métalliques de la première couche sont des fils en acier spécial résistant à la traction, qui ont une moindre conductivité électrique que les fils de la ou des deuxièmes couches qui sont en aluminium ou en alliage d'aluminium. Dans le cas d'un court-circuit ou de l'atteinte du câble par un éclair, la deuxième couche assure l'essentiel de la dissipation thermique et de la conductivité électrique. La constitution du tube et le diamètre du tube inférieur de 5 % environ au diamètre des fils en acier dans la première couche contribuent à la protection mécanique des fibres optiques. La deuxième couche de fils entourant la première couche n'aplatit pas le tube de fibres optiques et forme une voûte pour absorber des forces radiales. Dans le câble ci-dessus, l'élément de renfort central est un fil en acier par construction plus résistant aux contraintes radiales qu'un tube creux, bien que le tube de fibre optique subit un écrasement sensible contre l'élément de renfort central lorsque le câble est soumis à des contraintes radiales. En particulier, les contraintes radiales sont permanentes à proximité des points d'ancrage et des points de suspension où le câble est comprimé. La variante de tube en acier inoxydable constitue une structure onéreuse. C'est pourquoi le le document EP-A-O 286 804 prévoit une variante économique avec des tubes en matériau thermoplastique. Dans cette variante, le tube est encore plus vulnérable aux contraintes d'écrasement. Malgré ses caractéristiques physiques et son diamètre sensiblement inférieur aux fils de la première couche, le tube contenant les fibres optiques reste vulnérable aux contraintes radiales transmises par les fils adjacents dans la première et la deuxième couche, ainsi que par le renfort central lors d'un serrage du câble. La présente invention vise à fournir un moyen plus efficace pour protéger mécaniquement le tube de fibre optique dans un tel câble électrique contre les contraintes radiales. A cette fin, un câble électrique avec fibres optiques tel que défini dans l'entrée en matière est caractérisé en ce qu'il comprend une première enveloppe amortissante disposée concentriquement entre ltélément de renfort central et la première couche et ayant une dureté inférieure à celle du tube de fibre optique. Grâce à la dureté de la première enveloppe inférieure à celle du tube de fibre optique, et donc naturellement bien inférieure à celle de l'élément de renfort central, la première enveloppe amortissante évite tout écrasement du tube de fibre optique contre l'élément de renfort central. De préférence, la première enveloppe amortissante est en matière thermoplastique et/ou élastomère. La protection mécanique mais également thermique du tube de fibre optique est encore améliorée grâce à une deuxième enveloppe amortissante disposée concentriquement entre la première couche et la deuxième couche et ayant une dureté inférieure à celle du tube de fibre optique. De préférence, la deuxième enveloppe amortissante est une gaine ou un ruban en matière thermoplastique et/ou élastomère, qui peut avoir au moins une face métallique. La deuxième enveloppe absorbe les contraintes radiales communiquées par la ou les deuxièmes couches, ce qui atténue toute compression du tube de fibre optique non seulement par les éléments filiformes voisins de la deuxième couche, mais également par les éléments filiformes voisins de la première couche qui sont aussi séparés des éléments filiformes de la deuxième couche par la deuxième enveloppe amortissante. En outre, la deuxième enveloppe augmente l'isolation thermique de la première couche et donc du tube de fibre optique lorsque les éléments filiformes de la deuxième couche sont métalliques et conduisent un courant élevé transitoire. En pratique, il est préférable que la matière d'enveloppe amortissante ait une dureté shore D supérieure ou égale à 75 environ, c'est-à-dire ne soit pas trop molle pour qu'elle ne flue pas. La matière du tube de fibre optique a une dureté à la bille H358/30 supérieure à 80 ou un module d'Young supérieur à 2 Gpa. Avec ces caractéristiques, il est certain que le tube dans le câble ne se déforme pas radialement. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de plusieurs réalisations préférées de l'invention en référence aux dessins annexés correspondants dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe d'un câble électrique avec une première enveloppe amortissante selon une première réalisation de l'invention - la figure 2 est une vue en coupe d'un câble électrique avec des première et deuxième couches amortissantes selon une deuxième réalisation de l'invention ; et - la figure 3 est une vue en coupe d'un câble diélectrique avec une première enveloppe amortissante selon une troisième réalisation de l'invention. Un câble selon l'invention peut être décomposé en deux parties - une partie centrale comportant des éléments de renforts 1 et 20 et des tubes de fibre optique 21 et - une partie périphérique 3 comportant des éléments d'armature du câble et des éléments conférant la conductivité électrique nécessaire. En référence à un câble électrique C1 selon la première réalisation montrée à la figure 1, la partie centrale comprend au centre un élément de renfort central, souvent appelé âme, formé par un toron 1 en acier galvanisé participant à la tenue mécanique du câble. Le toron 1 est entouré intimement par une première enveloppe amortissante sous la forme d'une gaine cylindrique 4 extrudée sur le toron 1. La gaine 4 est en une matière thermoplastique et/ou élastomère et joue le rôle de matelas central. La partie centrale du câble C1 comporte également une première couche 2 incluant des éléments filiformes 20 sous la forme de fils ronds en acier galvanisé et/ou de torons en acier galvanisé, et des tubes 21 contenant des fibres optiques 22. Les éléments métalliques 20 et les tubes 21 ont des diamètres sensiblement égaux. Chaque tube 21 est en matière thermoplastique présentant des caractéristiques mécaniques et thermiques très élevées. La matière des tubes 21 peut être l'une des suivantes : polyéther imide (PEl), polyéther sulfone (PES), polyphénylène sulfone (PPSU), polyéther éther cétone (PEEK), polyamide (PA), polybutylène téréphtalate (PBT) ; chargée ou non avec des fibres de carbone ou de verre ou autres charges contribuant notamment à une augmentation de la dureté. Typiquement, au moins six fibres optiques 22 sont étendues dans chaque tube 20. De préférence, les fibres optiques sont noyées dans de la matière d'étanchéité, en général une graisse synthétique ou une graisse silicone, contenue dans chaque tube. Les tubes 21 avec les éléments métalliques 20 sont régulièrement répartis circulairement autour de la gaine 4 de manière à équilibrer les contraintes sur les tubes. Par exemple selon la réalisation illustrée, la première couche 2 comprend quatre tubes de fibre optique 21 alternées avec quatre paires de fils en acier 20. La matière de la gaine 4 est alors choisie telle que la dureté shore D de celle-ci soit supérieure ou égale à 75 environ, c'est-à-dire inférieure à la dureté des tubes de fibre optique 21. Typiquement chaque tube a une dureté mesurée à la bille H358/30 supérieure à 80 environ et un module d'Young supérieur à 2 Gpa environ. La gaine extrudée 4 autour du toron 1 en acier amortit les contraintes notamment d'écrasement pouvant être exercées sur les tubes thermoplastiques 21, principalement communiquées par la partie périphérique 3 du câble, notamment dans des serrecâbles ou pinces servant à l'ancrage du câble électrique. La partie périphérique du câble C1 est constituée d'une deuxième couche d'éléments filiformes 3 selon la figure 1, ou de plusieurs deuxièmes couches, comme montré à la figure 2, disposées concentriquement autour de la première couche 2. Les éléments filiformes 30 des deuxièmes couches sont des fils ronds en acier galvanisé, des fils ronds en alliage d'aluminium, et/ou des fils ronds composites en acier avec un revêtement mince d'aluminium de type ACSW (Aluminium Clad Steel Wire). Les fils en acier et les fils de type ACSW jouent principalement le rôle d'éléments d'armature, tandis que les fils en alliage d'aluminium et le revêtement mince des fils de type ACSW jouent principalement le rôle d'éléments de conduction électrique, l'aluminium offrant une conductivité électrique plus élevée que 1 'acier. Les sens d'enroulement hélicoïdal des éléments filiformes sont de préférence alternés d'une couche à la suivante pour obtenir un câble aussi "antigiratoire" que possible. Le câble électrique C2 selon la deuxième réalisation montrée à la figure 2 comprend des éléments concentriques analogues à ceux du câble C1, savoir depuis le centre vers la périphérie du câble, un toron 1 en acier galvanisé, une gaine amortissante 4, une première couche 2 de six fils ou torons en acier galvanisé 20 alternés avec six tubes 21 de fibres optiques, et deux deuxièmes couches 3 de fils métalliques 30. Le câble C2 comprend en plus une deuxième enveloppe amortissante 5 qui est insérée entre la partie centrale et la partie périphérique du câble, c'est-à-dire entre la première couche 2 et la deuxième couche 3 la plus intérieure au câble. L'enveloppe amortissante 5 est une gaine cylindrique extrudée en matière thermoplastique et/ou élastomère et présente une dureté comparable à celle de la première enveloppe amortissante 4 et ainsi inférieure à la dureté des tubes de fibre optique 21. En variante, l'enveloppe amortissante 5 est un ruban qui est enroulé hélicoidalement autour de la première couche 2. Le ruban est en matière thermoplastique et/ou élastomère et présente une face métallique de préférence extérieure faisant office d'écran électrique et de réflecteur thermique. La deuxième enveloppe 5 joue un rôle mécanique, en particulier en amortissant les contraintes d'écrasement à la périphérie de la première couche 2, et un rôle thermique en isolant la partie centrale lors d'un écoulement de fort courant transitoire dû à la foudre par exemple. Chaque tube 21 est ainsi entouré par les gaines 4 et 5 suivant une direction radiale au câble, et est ainsi doublement protégé contre des contraintes de compression radiales exercées aux points d'ancrage du câble C2, comparativement aux tubes dans le câble C1. En référence à la figure 3, dans le câble diélectrique Cld selon une troisième réalisation, on y retrouve les agencements mutuels des éléments composants le câble C1, à savoir un élément de renfort central ld, une gaine amortissante 4 entourant l'élément central ld, une première couche 2d d'éléments filiformes 20d et des tubes de fibre optique 21, et une deuxième couche 3d d'éléments filiformes 30d. Le câble Cld diffère du câble C1 en ce qu'il constitue un câble autoporteur diélectrique à fibres optiques. L'élément de renfort central ld participant à la tenue mécanique du câble est un fil ou un toron non métallique. Les éléments filiformes 20d et 30d dans les première et deuxième couches sont des fils ou des torons de renfort non métalliques. Tous ces éléments non métalliques peuvent être des porteurs verre rigidifié (FRP) ou renforts équivalents par exemple en aramide rigidifiée. Comme dans les réalisations précédentes, la dureté de la matière de la gaine 4 dans le câble Cd est inférieure à la dureté des fils ou torons non métalliques 20d dans la première couche. Le câble Cd comprend encore un revêtement extérieur 6 qui est une gaine en matière thermoplastique ou en élastomère extrudée, par exemple en polyéthylène ou polychlorure de vinyle. En variante, le câble Cld comprend une deuxième gaine amortissante 5 comprise entre les couches 2d et 3d, comme dans le câble C2 montré à la figure 2. REVENDICATIONS 1 - Câble comprenant un élément de renfort central (1 ; ld), une première couche (2 ; 2d) incluant des éléments filiformes (20 ; 20d) et au moins un tube (21) de fibre optique (22) ayant un diamètre sensiblement égal à celui des éléments filiformes, et au moins une deuxième couche (3 ; 3d) d'éléments filiformes (30 ; 30d), caractérisé en ce qu'il comprend une première enveloppe amortissante (4) disposée concentriquement entre l'élément de renfort central (1 ; ld) et la première couche (2 2d) et ayant une dureté inférieure à celle du tube de fibre optique (21). 2 - Câble conforme à la revendication 1, dans lequel la première enveloppe amortissante (4) est en matière thermoplastique et/ou élastomère. 3 - Câble conforme à la revendication 1 ou 2, comprenant une deuxième enveloppe (5) amortissante disposée concentriquement entre la première couche (2 2d) et la deuxième couche (3 ; 3d) et ayant une dureté inférieure à celle du tube de fibre optique (21). 4 - Câble conforme à la revendication 3, dans lequel la deuxième enveloppe amortissante (5) est une gaine ou un ruban en matière thermoplastique et/ou élastomère, de préférence ayant une face métallique. 5 - Câble conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la matière d'enveloppe amortissante (4;5) a une dureté shore supérieure ou égale à 75 environ. 6 - Câble conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la matière du tube de fibre optique (21) a une dureté à la bille supérieure à 80 environ et/ou un module d'Young supérieur à 2 Gpa environ. 7 - Câble conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le tube de fibre optique (21) est en l'une des matières suivantes polyéther imide, polyéther sulfone, polyphénylène sulfone, polyéther éther cétone, polyamide, polybutylène téréphtalate. 8 - Câble conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la première couche (2 ; 2d) comprend plusieurs tubes de fibre optique (21) régulièrement répartis circulairement avec les éléments filiformes (20 ; 20d) de la première couche. 9 - Câble conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l'élément de renfort central est un toron métallique (1) de préférence en acier, ou un toron d'éléments de renfort non métallique (il). 10 - Câble conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel chaque élément filiforme dans la première couche est un fil métallique (20) de préférence en acier, ou un toron métallique (20d) de préférence en acier, ou un fil non métallique. 11 - Câble conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel chaque élément filiforme dans la deuxième couche est un fil métallique (30), ou un fil non métallique (30d). 12 - Câble conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 11, comprenant une gaine extérieure non métallique (6) entourant ladite au moins une deuxième couche (3 ; 3d).