Brevet FR2760449A1 — publié le 19980911

L'invention concerne un procédé pour purifier de la silice naturelle ou synthétique, et l'application de ce procédé pour déposer de la silice naturelle ou synthétique purifiée sur une préforme de fibre optique, dans lequel une prbforme, sensiblement cylindrique et s'étendant dans une direction longitudinale, est mise en rotation sur elle même devant un plasma ou une flamme, qui se déplace en un mouvement de va et vient sensiblement perpendiculairement à la direction longitudinale de la preforme, et dans lequel un premier conduit d'alimentation nourrit le plasma ou la flamme en grains de silice naturelle ou synthétique. D'une manière connue, une préforme est obtenue à partir d'un dépôt chimique en phase vapeur, réalisé à l'intérieur d'un tube monté sur un tour verrier, et auquel succède une opération de rétreint pour former une forme pleine. Pour les fibres mulitmodes, I'élaboration de preformes est suffisante. En revanche, pour les fibres monomodes, il est avantageux d'ajouter de la matière a la preforme, en général de la silice naturelle ou synthétique, afin d'augmenter son diamètre, et d'obtenir, lors du fibrage, une fibre continue de plusieurs dizaines de kilomètres. L'apport de matière à la preforme est réalisé au moyen d'une torche a plasma. La préforme, qui a une forme cylindrique, est mise en rotation sur elle même devant la torche dont le plasma est nourri en grains de silice. Les grains sont fondus, puis déposes et vitrifiés sur la préforme. Plusieurs passes sont effectuées pour atteindre le diamètre souhaité. Le dépôt de silice naturelle ou synthétique présente un inconvénient majeur. Des éléments alcalins comme le Sodium ou le Lithium, sont présents en proportion non negligeable dans ce type de matériaux, et se retrouvent présents dans les grains déposés, o ils favorisent la formation de liaisons entre le groupement OH et les elements dopants, comme le Germanium Ge. Ces liaisons absorbent certaines longueurs d'onde. et augmentent les pertes par attenuation de la fibre optique a ces longueurs d'onde. Le but de l'invention est de fournir un procéde pour purifier de la silice naturelle ou synthétique. A cet effet, I'invention a pour objet un procédé pour purifier de la silice naturelle ou synthétique dans lequel, un plasma ou une flamme issu d'un moyen d'apport d'énergie calorifique, est nourri par un premier conduit d'alimentation, en grains de silice naturelle ou synthétique, caractérisé en ce qu'un deuxième conduit d'alimentation nourrit le plasma ou la flamme en un composé fluoré ou chlore mélange à un gaz porteur, les conditions d'alimentation des deux conduits étant réglées pour faire réagir des éléments alcalins ou alcalino-terreux contenus dans les grains de silice naturelle ou synthétique, avec le Fluor ou le Chlore du compose fluorB ou chloré. 1 e but de l'invention est également d'appliquer le procede pour purifier de la silice naturelle ou synthétique, au dépôt de silice naturelle ou synthétique sur une prbforme de fibre optique, le depôt ne contenant qu'une très faible quantité d'éléments alcalins ou alcalino- terreux A cet effet, l'invention fournit également un procédé pour déposer de la silice naturelle ou synthétique sur une préforme de fibre optique, dans lequel une préforme, sensiblement cylindrique et s'étendant dans une direction longitudinale, est mise en rotation sur elle même devant un plasma ou une flamme issu d'un moyen d'apport d'énergie calorifique, qui se déplace en un mouvement de va et vient sensiblement perpendiculairement a la direction longitudinale de la préforme, et dans lequel un premier conduit d'alimentation nournrit le plasma ou la flamme en grains de silice naturelle ou synthétique, caractériense en ce qu'un deuxième conduit d'alimentation nourrit le plasma ou la flamme en un composé fluoré ou chlore mélangé à un gaz porteur, les conditions d'alimentation des deux conduits étant réglées pour faire réagir des d'éléments alcalins ou alcalino-terreux contenus dans les grains de silice naturelle ou synthétique, avec le Fluor ou le Chlore du compose fluoré ou chloré. Le plasma ou la flamme est le siège d'une réaction chimique o les grains de silice fondus réagissent avec le composé fluoré ou chloré du gaz porteur. Avantageusement, la température du plasma peut être ajustée pour obtenir un rendemenlt élevé de la réaction, compte tenu des débits des conduits d'alimentation de la silice naturelle ou synthétique et du gaz porteur. Une température plus elevée permet de maintenir un bon rendement de réaction tout en augmentant les débits des conduits d'alimentation. D'une façon egalement avantageuse, il est possible de régler la teneur en composé fluoré ou chloré du gaz porteur, en fonction de la taille moyenne des grains de silice naturelle ou synthétique. Des grains plus petits permettent de maintenir un bon rendement de réaction avec un gaz porteur moins riche en composé fluoré ou chlore. L'élimination des alcalins dans le dépôt de la silice naturelle ou synthétique permet de recharger la préforme de la fibre optique avec un matériau de depart beaucoup plus économique que la silice synthétique à très haute pureté, dont le prix de revient environ 5 à 10 fois plus élevé. Le surcoût du traitement chimique reste proportionnellement faible. La qualité optique de la fibre issue de la préforme rechargée avec de la silice naturelle ou synthétique, traitée par un compose fluoré ou chlore, est comparable à celle d'une fibre obtenue par recharge de silice synthétique a très haute pureté. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description d'un exemple illustré par la figure unique, qui montre de façon schématique les éléments qui sont mis en oeuvre lors de l'application du procédé de purification de silice naturelle ou synthétique au dépôt sur une preforme de fibre optique. Le procédé de purification de silice naturelle ou synthétique permet de déposer sur une préforme de fibre optique, une ou plusieurs couches de silice naturelle ou synthétique ne contenant qu'une quantité négligeable d'éléments alcalins, tels le Sodium ou le Lithium, ou alcalino- terreux. L'opération de dépôt, appelée aussi recharge, sert à augmenter le diamètre d'une préforme, pour permettre de tirer par fibrage une fibre continue longue de plusieurs dizaines de kilomètres. Sur la figure, le procéde comprend une torche à plasma 3 comprenant des éléments électriques d'induction 5 Une préforme 1 se présentant sous la forme d'un cylindre s'étendant dans une direction longitudinale L, est mise en rotation sur elle même, comme indiqué par la flèche 7 La torche à plasma 3 se déplace en un mouvement de va et vient sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale L de la préforme. La rotation de la préforme est assurée par un tour verrier non représenté. Les mandrins du tour actionnent deux tiges de verre, soudées aux deux extrémités de la préforme. Le tour est placé dans une cabine close qui assure la protection contre les rayonnements électromagnétiques, et contre les dégagements gazeux issus de la réaction chimique. Un premier conduit d'alimentation 9 apporte dans le plasma des grains de silice naturelle ou synthétique 11. Ces grains résultent, par exemple, du broyage de blocs grossiers de quartz naturel ou de cristal de roche L'alimentation s'effectue simplement par gravité. Une vanne non représentée, est placée à l'extérieur de la cabine pour permettre de régler le débit d'alimentation. Un deuxième conduit d'alimentation 13 nourrit le plasma en un gaz 15 qui transporte une proportion donnée de composé fluoré ou chlore. De préférence, le gaz porteur est l'air. Le composé fluoré est, par exemple, I'hexafluorure de soufre SF6, ou un fréon choisi parmi ceux autorisés par la réglementation européenne. Le composé chloré est, par exemple, le chlore Cl2 Une vanne reliée a une armoire a gaz placée à l'extérieur de la cabine, permet de régler le débit du gaz porteur. Une autre vanne reliée à l'armoire à gaz permet de régler la proportion de composé fluoré ou chloré dans le gaz porteur. Le gaz porteur peut être composé uniquement du compose fluoré ou chloré à l'état purt Le plasma est le siège d'un réaction chimique entre les grains de silice naturelle ou synthetique et le composé fluoré ou chlore. La température du plasma comprise entre 5000 C et 10000 C, entraine la fusion des grains de silice naturelle ou synthétique. Les composés fluorés ou chlorés réagissent avec les alcalins tels le Sodium ou le Lithium présents dans la silice naturelle ou synthétique, et donnent lieu à un dégagement gazeux de fluorure NaF ou LiF, ou de chlorure NaCI ou LiCI. Un bon rendement de la réaction est obtenu dans les conditions opératoires suivantes: puissance du plasma: 40 - 100 kW débit de la silice naturelle ou synthétique: 0,2 - 5 kg/heure taille moyenne des grains 50 - 600 glm débit du gaz porteur 0 - 15 litre/mn proportion de composé fluoré dans le gaz porteur 0,3 - 100 % Dans l'exemple précédent, le choix d'une torche à plasma ne retire pas de généralité au procédé, qui peut être mis en oeuvre, par un autre moyen d'apport d'énergie calorifique créant une température supérieure à 1000 C, et notamment par une flamme issue d'un dispositif de combustion. REVENDICATIONS 1 Un procéde pour purifier de la silice naturelle ou synthétique dans lequel, un plasma ou une flamme (4), issu d'un moyen d'apport d'énergie calorifique (3), est nourri par un premier conduit d'alimentation (9), en grains de silice naturelle ou synthétique (11), caractérisé en ce qu'un deuxième conduit d'alimentation (13), nourrit le plasma ou la flarmme (4), en un composé fluoré ou chloré mélangé à un gaz porteur (15), les conditions d'alimentation des deux conduits (9,13) étant réglées pour faire réagir des éléments alcalins ou alcalino-terreux contenus dans les grains de silice naturelle ou synthétique (11), avec le Fluor ou le Chlore du composé fluoré ou chloré. 2. Un procédé pour déposer de la silice naturelle ou synthétique sur une préformne de fibre optique, dans lequel une préforme (1), sensiblement cylindrique et s'étendant dans une direction longitudinale (L), est mise en rotation (7) sur elle même devant un plasma ou une flamme (4), issu d'un moyen d'apport d'énergie calorifique (3), qui se déplace en un mouvement de va et vient sensiblement perpendiculairement à la direction longitudinale (L) de la préforme (1), et dans lequel un premier conduit d'alimentation (9) nourrit le plasma ou la flamme en grains de silice naturelle ou synthétique (11), caractérise en ce qu'un deuxième conduit d'alimentation (13) nourrit le plasma ou la flamme en un composé fluore ou chlore mélangé à un gaz porteur (15), les conditions d'alimentation des deux conduits (9,13) étant réglées pour faire réagir des éléments alcalins ou alcalino-terreux contenus dans les grains de silice naturelle ou synthétique (11), avec le Fluor ou le Chlore du composé fluoré ou chloré. 3. Le procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le moyen d'apport d'énergie calorifique (3) crée une température supérieure à 1000 C.