Brevet FR2785994A1 — publié le 20000519

Câble à fibres optiques maintenues dans une gaine La présente invention concerne un câble de télécommunication ayant des fibres optiques contenues dans une gaine de maintien. Le câble est destiné notamment à transmettre des signaux téléphoniques et/ou téléinformatiques à débit élevé, par exemple dans des réseaux locaux ou en tant que câble interurbain entre centraux téléphoniques ou en tant que câble de distribution ou de branchement pour lignes d'usager pouvant convoyer des signaux téléphoniques, de données et/ou d'images. La demande de brevet européen EP O 468 878 divulgue un câble de télécommunication comportant plusieurs fibres optiques enveloppées d'une gaine de maintien de faible épaisseur facilement déchirable. La gaine de maintien est en contact avec les fibres optiques pour enserrer celles-ci. Un produit d'étanchéité peut remplir l'espace entre les fibres à l'intérieur de la gaine. La même gaine de maintien disposée directement sans découplage sur l'ensemble des fibres ne dégrade pas les propriétés de transmission de ces dernières. La gaine assure une cohésion des fibres pour former un module ayant une compacité élevée, tout en permettant un dénudage rapide in situ lors du branchement à un organe d'utilisation ou d'un raccordement entre câbles. Les fibres optiques sont ainsi protégées du contact avec le milieu ambiant. La faible épaisseur de la gaine de maintien évite de soumettre les fibres optiques à des contraintes d'élongation et de compression lors des cycles thermiques et permet une réalisation économique, en particulier si elle est 2 2785994 réalisée durant la même opération de fabrication que le tirage des fibres optiques constituant le module, selon une technique du type multifibrage-câblage en ligne. Le module ainsi obtenu présente une compacité importante, et facilite le raccordement des câbles par un repérage simple, une facilité de dénudage, une aptitude à la manipulation et une souplesse très favorables à l'organisation interne des boites de raccordement, qui peuvent de ce fait être optimisées en dimensions et en coût. La demande de brevet français FR 2 760 540 concerne également un câble comprenant plusieurs fibres optiques serrées dans une gaine du type d'un microtube monté très proche des fibres optiques. Cette demande de brevet pose un problème d'augmentation d'atténuation par microcourbures des fibres optiques confinées dans la gaine lorsque la gaine se déforme sous l'effet d'une contrainte extérieure, d'origine mécanique ou thermique. Pour ne pas générer de microcourbures sur les fibres optiques serrées à l'intérieur de la gaine, tout en conservant une découpe de la gaine aisée et sans risque d'endommagement pour les fibres optiques serrées à l'intérieur de la gaine, la demande de brevet FR 2 760 540 préconise que la gaine présente, à une température d'environ + 20 C, un module d'Young inférieur à 200 MPa et une dureté inférieure à 90 unités Shore, et à une température d'environ -40 C, un module d'Young inférieur à 2000 MPa. Toutefois, ces caractéristiques sont indéfinies: le module d'Young peut être le module d'Young en traction ou le module d'Young en flexion, lesquels diffèrent de 20 % environ pour les polymères 3 2785994 thermoplastiques, et la dureté peut être exprimée en unités Shore A ou unités Shore D. La présente invention a pour objectif de fournir un câble à fibres optiques comportant une gaine de maintien ayant des caractéristiques mécaniques définies relativement à celles des fibres optiques, particulièrement pour empêcher des microcourbures dans les fibres optiques lorsque le câble est soumis à des variations de température de -40 C environ à +85 C environ. A cette fin, un câble comprenant N fibres optiques ayant chacune un coeur avec un coefficient de dilatation/compression thermique cl, un module d'Young en traction El et une section Si et un revêtement avec un coefficient de dilatation/compression thermique x2, un module d'Young en traction E2 et une section S2, une gaine de maintien enveloppant les fibres optiques, et une matière de remplissage entre les fibres optiques et la gaine de maintien ayant un coefficient de dilatation/compression thermique 54, un module d'Young en traction E4 et une section S4, est caractérisé en ce que la gaine de maintien a un coefficient de dilatation/compression thermique x3, un module d'Young en traction E3 et une section S3 satisfaisant l'inégalité suivante: (t3.E3. S3) [(al.El.Sl)+(x2.E2.S2)] (N/14)+(x4.E4.S4) Le produit (x3. E3) est pour les câbles avec -3 fibres optiques usuelles inférieur à 0,6.10 MPa/ C (ou 0,6.10-4 daN/mm / C). La matière de la gaine de maintien est de préférence une matière amorphe, thermoplastique ou élastomère, qui peut contenir des charges minérales. 4 2785994 La souplesse et la facilité de déchirure requises à la gaine sont obtenues pour les matières précitées lorsque la gaine de maintien a une épaisseur inférieure à 0,3 mm et une dureté inférieure à 45 unités Shore D. En particulier, une section de gaine de maintien rapportée à la fibre unitaire de l'ordre de 0,053 mm par fibre optique constitue un très bon compromis dans le cas de fibres optiques avec 0,125 mm de diamètre de coeur et 0,250 mm de diamètre de revêtement. 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 les figures 1 à 4 sont des vues en coupe à grande échelle de cables de télécommunication à fibres optiques selon l'invention. Chacun des câbles de télécommunication selon l'invention montrés aux figures 1 à 4 comprend plusieurs fibres optiques FO. Chaque fibre optique FO est composée d'un coeur en silice 1 ayant une section Si typiquement d'un diamètre de 0,125 mm, et d'un revêtement d'identification coloré 2 ayant une section S2 avec une épaisseur de 0,062 mm, soit un diamètre de fibre optique FO de 0,25 mm environ. Typiquement, le coefficient de dilatation/contraction thermique cl du coeur de fibre optique 1 est égal à -6 0,4 x 10 mm/mm/ C et le module d'Young en traction El du coeur de fibre optique 1 est égal à 7.10 MPa; le coefficient de dilatation/contraction thermique a2 du revêtement de fibre optique 2 est égal à 60 x 10 2785994 mm/mm/ C et le module d'Young en traction E2 du revêtement de fibre optique 2 est égal à 10 MPa. Une gaine de maintien 3, mince et facilement déchirable, généralement de forme cylindrique, enveloppe les fibres optiques FO. La gaine de maintien 3 serre un nombre prédéterminé N de fibres optiques FO qui est égal par exemple à quatre, ou six, ou huit, ou douze selon les réalisations illustrées aux figures 1 à 4, pour maintenir groupées les fibres optiques et ainsi constituer un module compact. La plupart des fibres optiques à la périphérie externe du module sont en contact avec la gaine 3. La gaine de maintien 3, dite "microgaine", est extrudée en une matière thermoplastique définie dans la suite de la description. Comme on le verra dans la suite, la gaine de maintien 3 est très mince et a une épaisseur de l'ordre du dixième de millimètre. Le diamètre externe de la gaine de maintien est de l'ordre du millimètre. L'intérieur de la gaine de maintien est rempli d'un matériau de remplissage 4, tel que gel ou huile silicone, avec lequel les fibres optiques sont enduites préalablement à leur passage dans une filière d'extrusion de la gaine de maintien. Le matériau de remplissage 4 assure longitudinalement l'étanchéité de l'intérieur de la gaine. Le coefficient de dilatation/contraction thermique et le module d'Young en traction du matériau de remplissage 4 sont désignés par c4 et E4 et exprimés en mm/mm/ C et MPa. S4 désigne la section du matériau de remplissage, c'est-à-dire la surface en coupe interne à la gaine 3, non comprises les sections des fibres optiques FO. La gaine de maintien 3 peut être revêtue d'une ou plusieurs pellicules d'identification colorées ou 6 2785994 être colorée dans la masse de manière à la distinguer par rapport à d'autres gaines de maintien. Ainsi, plusieurs modules à fibres optiques, tels que celui illustré à l'une des figures 1 à 4, peuvent être réunis à l'intérieur d'une enveloppe de protection d'un câble de télécommunication, comme montré dans la demande précitée EP 0 468 878, ou peuvent être maintenus dans une gaine cylindrique pour former un faisceau de plusieurs modules, avec ou sans renfort central, qui est réuni avec d'autres faisceaux de modules dans une gaine de protection d'un câble de télécommunication. La matière thermoplastique composant la gaine de maintien 3 n'altère pas les performances en transmission et la durée de vie des fibres optiques FO. Les fibres optiques ne sont pas soumises selon l'invention à des contraintes de microcourbure notamment lorsque le module est soumis à des variations de température, en particulier à froid. Il est rappelé qu'une fibre optique est soumise à des microcourbures lorsqu'elle est mise en sinusoïde avec un pas court, ce qui diminue les performances optiques de la fibre optique et particulièrement augmente son atténuation. Selon l'invention, lorsque la gaine de maintien 3 se contracte à froid, elle n'entraîne pas avec elle les fibres optiques FO, et à l'inverse, le groupe de fibres optiques contenu dans la gaine endigue le retrait de la gaine pour éviter que les fibres optiques ne subissent des microcourbures. Les performances précitées du câble de télécommunication selon l'invention sont obtenues grâce à une sélection du coefficient de dilatation/contraction thermique a3 exprimé en 7 2785994 mm/mm/ C, du module d'Young en traction E3, dit également module ou contrainte d'élasticité en traction, exprimé en MPa, et de la section S3, entre périphéries interne et externe, exprimée en mm de la gaine de maintien 3. Pour obtenir ces performances, un suivi des variations d'affaiblissement obtenues en fonction de la température, par exemple entre -40 et +85 C, relativement à des groupes de fibres optiques en nombres différents, enveloppés dans des gaines de maintien de natures et dimensions différentes a été réalisé. Les performances sont atteintes si, pour la plage de variation de température précitée, la variation d'affaiblissement à une longueur d'onde de 1550 nm, par exemple pour des fibres optiques unimodales, n'excède pas 0,05 dB/km et est totalement réversible. Les études ont montré que pour obtenir les performances visées ci-dessus dans la plage de -40 C environ à +85 C environ, pour une gaine 3 contenant N fibres optiques FO, l'inégalité suivante doit être satisfaite: (a3.E3.S3) compris entre 60.10-6 et 200.10 6 mm/mm/C. compris entre 60.10 et 200.10 mm/mm/ C. 8 2785994 L'application numérique aux câbles à fibres optiques décrits précédemment donne les résultats suivants pour le produit maximum (a3. E3): Nombre de 4 6 8 12 fibres optiques Diamètre externe 0,85 1,00 1,10 1,30 de gaine en mm Epaisseur de gaine 0,115 0,116 0,127 0,148 en mm maxi (x3.E3) en -3 MPa/ C 0,605 0,755 0,830 0,910 (-10-4 daN/mm2/ C Dans tous les cas, une gaine de maintien dont le module d'Young en traction E3 et le coefficient de dilatation/contraction thermique x3 sont faibles et dont le produit maximum (ac3.E3) est inférieur à 0,6. 103 MPa/ C (ou 0,6.10-4 daN/mm / C) permet d'atteindre les performances visées. Par exemple, une matière thermoplastique présentant les caractéristiques suivantes satisfait l'inégalité ci-dessous: -6 a3 = 60.10 mm/mm/ C, E3 = 10 MPa, soit (a3.E3) = 0,6.10-3 MPa/ C (ou 0,6.10-4 daN/mm / C. Pour que le câble soit manipulé sans déchirer immédiatement la gaine de maintien, une matière de gaine à plus faible coefficient de dilatation/contraction thermique, par exemple 60.10 mm/mm/ C, et à module d'Young en traction un peu plus 2_ élevé, par exemple 1,00 daN/mm _ 10,0 MPa est préférable plutôt qu'une matière de gaine à coefficient de dilatation/contraction thermique plus -6élevé, par exemple 200.10 mm/mm/C, et à faible élevé, par exemple 200.10 mm/mm/ C, et à faible 9 2785994 module d'Young en traction, par exemple 0,30 daN/mm2 3,0 MPa. Le câble de l'invention est souple et la gaine de maintien 3 peut être facilement déchirée manuellement. Ces dernières conditions impliquent que la matière de la gaine de maintien ait une dureté inférieure à 45 unités Shore D et une épaisseur inférieure à 0,3 mm, de préférence comprise entre 0,1 et 0,2 mm. La matière de la gaine de maintien réalisée par extrusion satisfaisant l'inégalité ci-dessus est également sélectionnée pour minimiser autant que possible les retraits de gaine "post extrusion" dûs à la relaxation des contraintes générées sur la matière par étirement et pour éviter tout risque de recristallisation de la matière engendrant des risques de mise des fibres optiques en microcourbures. La matière de gaine de maintien n'a donc pas tendance à recristalliser dans la plage de service de -40 à +85 C. Par exemple, la matière de la gaine de maintien est une matière amorphe thermoplastique, par exemple du polychlorure de vinyle PVC ou un élastomère; ou bien une matière thermoplastique chargée, par exemple un polyéthylène, ou un polyoléfine tel qu'éthylène/acétate de vinyle EVA, comprenant une quantité suffisante de l'une ou plusieurs charges minérales suivantes: craie, kaolin, silice, talc, carbonate de calcium, hydrate d'alumine ou de magnésium, oxyde de titane. 2785994 REVENDICATIONS 1 - Câble comprenant N fibres optiques (FO) ayant chacune un coeur (1) avec un coefficient de dilatation/compression thermique al, un module d'Young en traction El et une section Si et un revêtement (2) avec un coefficient de dilatation/compression thermique x2, un module d'Young en traction E2 et une section S2, une gaine de maintien (3) enveloppant les fibres optiques, et une matière de remplissage (4) entre les fibres optiques et la gaine de maintien ayant un coefficient de dilatation/compression thermique c4, un module d'Young en traction E4 et une section S4, caractérisé en ce que la gaine de maintien (3) a un coefficient de dilatation/compression thermique c3, un module d'Young en traction E3 et une section S3 satisfaisant l'inégalité suivante: (B3.E3.S3) 2 - Câble conforme à la revendication 1, dans lequel le produit (x3. E3) est inférieur à 0,6.10 MPa/ C. 3 - Câble conforme à la revendication 1 ou 2, dans lequel la matière de la gaine de maintien (3) est une matière amorphe, thermoplastique ou élastomère, de préférence contenant des charges minérales. 4 - Câble conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la gaine de maintien (3) a une épaisseur inférieure à 0,3 mm. 1i 2785994 - Câble conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la gaine de maintien (3) a une dureté inférieure à 45 unités Shore D.