Brevet FR2812728A1 — publié le 20020208

La présente invention concerne le domaine des fibres optiques. Plus précisément, la présente invention s'applique aux fibres optiques au moins partiellement dénudées sur une partie de leur longueur, par exemple pour la formation d'un composant dans le coeur de la fibre. Dans ce contexte, la présente invention a pour objectif de reconstituer la gaine de la fibre. La présente invention s'applique en particulier aux fibres optiques, quel que soit leur type (250 Nm à 400 Nm) intégrant un réseau de Bragg. On se reportera utilement à ce sujet aux documents [1 ] et [2]. La présente invention n'est cependant pas limitée à cette application particulière. Elle peut également être mise en oeuvre dans toute application nécessitant un renforcement local de la fibre. De nos jours, la quasi totalité des fibres optiques sont constituées d'un coeur central et d'une gaine externe. La gaine d'une fibre optique constitue une protection mécanique. Le plus souvent, cette protection est constituée d'un polymère acrylate. Sa destruction ou son retrait même local justifié par exemple par la réalisation d'un composant, tel qu'un réseau de Bragg, fragilise fortement la fibre optique. La seule technique performante à ce jour pour la fabrication d'un regainage est le moulage [3]. La zone à regainer est placée dans un moule. Ensuite, un polymère identique à celui utilisé pour le gainage initial de la fibre est injecté dans le moule, autour de la fibre, et polymérisé. Cependant, cette technique ne donne pas toujours satisfaction. Dans de nombreux cas, la fibre optique comporte un composant, tel qu'un réseau de Bragg, au niveau de la zone dénudée, ce qui implique que le regainage ne contraigne pas mécaniquement cette zone afin de ne pas perturber les paramètres optiques du réseau. De plus, cela implique une valeur de l'indice de réfraction du polymère adaptée à la fonction optique photoinscrite dans la fibre. Les inventeurs ont constaté expérimentalement que, par moulage, il est très difficile de fabriquer un regainage de qualité équivalente au gainage initial de la fibre. Plusieurs défauts majeurs sont présents de façon récurrente. Parmi les principaux, on peut citer - des bavures dues aux moules (zone de jonction des moules), - un arrachement et un délaminage d'une fine couche superficielle du regainage lors du démoulage, - un délaminage interne du regainage lors du démoulage (ie décollement entre le regainage et la fibre optique), - un manque de matière, et - la présence de bulles dans le regainage. La présente invention a pour but de reconstituer une protection homogène sur une fibre préalablement dénudée et d'éliminer les défauts dus à la fabrication par moulage. Plus précisément encore, la présente invention a pour but de reconstituer la gaine d'une fibre dénudée localement en obtenant un regainage de qualité équivalente à celle du gainage initial de la fibre et en conservant la souplesse initiale de cette dernière ainsi qu'un volume d'encombrement minimum. En particulier, il est important que le produit fini conserve une souplesse proche de celle de la fibre initiale. De cette façon la partie regainée peut être courbée ou enroulée sur de courts rayons comme une fibre optique standard (le rayon de courbure minimum spécifié pour une fibre optique est typiquement de 15 mm). Les fibres optiques obtenues par la mise en oeuvre du procédé conforme à la présente invention peuvent notamment être utilisées dans le domaine des télécommunications. Ceci implique qu'elles conservent leurs propriétés pendant leur durée de vie et dans des conditions d'utilisations non contrôlées (soit typiquement 20 ans, de -40 C à +85 C). Cette donnée peut être vérifiée en passant les tests de vieillissement définis par les normes Telcordia (ex-Bellcore) GR-1209-CORE et GR-1221-CORE. Les buts précités sont atteints dans le cadre de la présente invention grâce à un procédé comprenant les étapes qui consistent à - placer un tube souple sur la zone de fibre dénudée, - injecter un matériau polymère dans le tube, par une extrémité axiale de celui-ci, et - polymériser le matériau polymère injecté de sorte que celui-ci adhère d'une part à la surface externe de la zone de fibre dénudée et d'autre part à la surface interne du tube, sur toute la longueur du tube. Ainsi, dans le cadre de la présente invention, le tube reste fixé à la fibre, à la fin du procédé de regainage. La présente invention concerne également les fibres optiques ainsi regainées. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif et sur lesquels - la figure 1 représente une vue schématique en coupe d'une fibre optique partiellement dénudée, - la figure 2 représente l'étape conforme à la présente invention consistant à placer un tube sur la zone dénudée de la fibre optique, - la figure 3 représente l'étape consistant à injecter un matériau polymère dans le tube ainsi placé, - la figure 4 schématise une étape consistant à polymériser l'extrémité du matériau injecté opposée à la zone d'injection, - la figure 5 schématise une étape consistant à mettre sous pression le matériau ainsi injecté, - la figure 6 schématise une étape consistant à polymériser l'ensemble du matériau injecté, et - la figure 7 représente schématiquement une fibre optique ainsi obtenue dans le cadre de la présente invention. On a schématisé sur les figures annexées une fibre optique 10 comprenant un coeur 12 revêtu d'une première gaine en silice et éventuellement entourée d'une gaine de protection mécanique exteme 14. Comme illustré sur la figure 1, pour certaines applications, c'est cette dernière gaine 14 qui est partiellement retirée en 16 sur une partie de la longueur de la fibre optique, par exemple pour la réalisation de composants tels qu'un réseau de Bragg, et c'est précisément sur cette zone dénudée 16 que la présente invention se propose de reconstituer une gaine de protection mécanique optimale. Dans le cadre de la présente invention, avant toute chose, il est impératif que la fibre 10 dénudée soit nettoyée à l'alcool sur toute sa longueur avant de débuter le montage. En effet, la qualité du collage entre la fibre et le regainage ainsi que la pureté du regainage final dépendent fortement de l'état de surface de la fibre. Après ce nettoyage à l'alcool, un tube souple 20 est placé sur la zone 16 de fibre dénudée comme on le voit sur la figure 2. Une fois le tube 20 mis en place, on procède à l'injection d'un matériau polymère 40, dans le tube 20, par une extrémité axiale de celui-ci. Cette étape est schématisée sur la figure 3. A partir du début de l'injection du matériau 40, jusqu'à la fin du procédé, la fibre 10 doit être maintenue droite, et le tube 20 centré sur la zone dénudée 16, c'est à dire en dépassement quasi identique de part et d'autre de cette zone dénudée 16. Cependant, en début d'injection, le tube 20 peut ne pas être parfaitement coaxial à la fibre 10. II peut même être porté provisoirement au contact de la fibre 10, par une génératrice axiale, pour ménager ainsi un espace important entre la fibre 10 et le tube 20, pour faciliter l'injection du matériau polymère 40. Bien entendu, par la suite, le tube 20 peut être rendu coaxial à la fibre 10. De préférence pour procéder à l'injection du matériau 40 on utilise une seringue 30 possédant une aiguille 32 de dimension et de qualité adaptées pour ne pas détériorer le gainage de la fibre et pour assurer un remplissage rapide du tube 20. Comme on peut le voir sur la figure 3, le matériau 40 étant injecté par une première extrémité du tube 20, l'air présent initialement dans le tube 20 est éjecté par la seconde extrémité de celui-ci. Pour ne pas emprisonner d'air pendant l'injection du polymère 40, la gaine 14 de la fibre, de part et d'autre de la zone dénudée 16 doit rester collée à la fibre 12 après dénudage. L'angle que fait le front de polymère 40 avec la fibre dénudée 12 n'est pas critique. La polymérisation du matériau 40 peut être effectuée de plusieurs façons (à chaud, à froid, sous UV...). Dans le cadre de la présente invention on choisit très préférentiellement une polymérisation sous UV. En effet, celle-ci est bien adaptée pour effectuer une polymérisation locale. De plus, ce type de traitement vieillit moins le tube 20 qu'une polymérisation thermique. Comme on l'a schématisé sur la figure 4, une fois le tube 20 rempli de matériau polymère 40, par polymérisation locale on crée un bouchon 42 sur l'extrémité axiale du tube 20 opposée à l'extrémité d'injection, de façon à arrêter la progression du polymère 40 injecté et pour faciliter la mise sous pression de celui-ci. Pour éviter un décollement entre le tube 20 ou la fibre 10 et le polymère 40, sous l'effet du rétreint du polymère 40 par polymérisation sous rayonnement ultraviolet, comme on l'a schématisé sur la figure 5, le polymère 40 est placé sous pression, par injection forcée, pendant la polymérisation. Comme illustré sur cette figure 5 une fois le polymère 40 mis sous pression par injection forcée, une polymérisation pas à pas (du bouchon 42 vers la seringue 30) est effectuée jusqu'à arriver à quelques millimètres de l'aiguille 32. Le retrait de la seringue 30 est effectué en injectant toujours du polymère 40 afin de ne pas créer de bulles dans le polymère. Ensuite, la totalité du montage est placée sous rayonnement ultraviolet, comme schématisé sur la figure 6, afin de s'assurer d'une polymérisation complète du matériau 40 sur toute la longueur. Les expérimentations réalisées par les inventeurs ont donné d'excellents résultats. Elles ont montré un excellent collage sur toute la longueur entre la fibre 10, le gainage obtenu par le matériau 40 et le tube 20. Elles ont permis de supprimer tous les défauts constatés antérieurement avec le moulage et le démoulage. Elles ont par ailleurs montré une bonne résistance mécanique et un regainage apte à résister parfaitement aux conditions climatiques extrêmes (de -40 C à +85 C notamment). Par ailleurs, le procédé proposé dans le cadre de la présente invention permet une production industrielle en série. Le polymère 40 est formé de préférence d'un polymère acrylate, tel que par exemple le matériau commercialisé sous la dénomination DSM- 950-106 (Desolyte). De préférence, le matériau polymère 40 répond aux paramètres ci-dessous - indice de réfraction : 1,46 à 1,52 (suivant les applications optiques), - viscosité : 5000 à 7000 mPa.s (à 25 C), - adhésion sur le verre : 50 à 70 (10-3) N, - rétreint pendant la polymérisation inférieur à 5 %, - module d'Young inférieur ou égal à 1000 Mpa. Le tube 20 doit présenter une bonne souplesse propre à permettre un enroulement ou une courbure de la fibre regainée sur un petit rayon. II peut s'agir par exemple d'un tube à base d'un matériau silicone ou d'un matériau choisi dans la famille des élastomères polyesters thermoplastiques. Typiquement, le tube 20 possède une longueur supérieure d'au moins 2 cm à la longueur de la zone dénudée 16. Ainsi, le tube 20 dépasse d'au moins 1 cm, de préférence, de part et d'autre de la zone dénudée 16. Typiquement, pour une zone dénudée inférieure ou égale à 2 cm, le tube 20 possède une longueur de l'ordre de 4 cm. Le diamètre interne du tube 20 doit être tel que l'espace minimum dégagé entre la fibre 10 et le tube 20 permet une progression acceptable du polymère 40 pendant l'injection. L'espacement entre la fibre 10 et l'intérieur du tube 20 est lié à la viscosité du polymère 40 utilisé. Pour des fibres 10 de diamètre inférieur à 250 pm, le diamètre interne du tube 20 est typiquement de l'ordre de 0,5 mm, tandis que pour des fibres de diamètre compris entre 250 pm et 400 pm, le diamètre interne du tube 20 est typiquement de l'ordre de 0,650 mm. L'espacement entre la fibre 10 et l'intérieur du tube 20 est typiquement de l'ordre de 125 pm. Selon un mode de réalisation préférentiel, le diamètre externe du tube 20 est de l'ordre de 900 pm. Enfin, de préférence, le tube 20 est translucide. Ceci permet de contrôler la progression du matériau polymère 40 dans le tube 20. Le tube 20 doit également être transparent aux UV pour permettre la polymérisation, Le diamètre interne de l'aiguille d'injection 32 est de préférence supérieur à 250 pm. Ce diamètre est lié à la viscosité du polymère 40. Le diamètre extérieur de l'aiguille 32 est inférieur ou égal à 450 pm, de préférence. Ce diamètre est lié à l'espacement libre dans le tube 20 et à l'élasticité de ce dernier. Selon un mode de réalisation préférentiel mais non limitatif de la présente invention, le tube 20 est formé d'un tube commercialisé sous la dénomination Hytrel (Hytrel est une marque déposée de Du Pont de Nemours) souple D46 d'une longueur de 4 cm, tandis que l'aiguille est une aiguille 26Gx1/2 de diamètre externe de 450 pm et de diamètre interne supérieur à 250 pm. Un tel tube fait partie de la famille des élastomères polyesters thermoplastiques. C'est un copolyester à base de segments polyether et de segments polyester. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation particulier qui vient d'être décrit mais s'étend à toute variante conforme à son esprit. [1] D. Varelas, "mechanical reliability of optical fiver Bragg gratings", Thèse de doctorat de l'université de Lausane (Suisse), 1998. [2] S. Boj, "Réalisation de filtres sélectifs en fréquence intégrés dans les fibres optiques et applications", Thèse de doctorat de l'université de Lille, 1995. [3] Documentation technique des machines de regainage Vytran Corporation, 1999. REVENDICATIONS 1. Procédé de regainage d'une fibre optique (10) au moins partiellement dénudée sur une partie de sa longueur (16), caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes qui consistent à - placer un tube souple (20) sur la zone (16) de fibre dénudée (6), - injecter un matériau polymère (40) dans le tube (20), par une extrémité axiale de celui-ci, et - polymériser le matériau injecté (40) de sorte que celui-ci adhère d'une part à la surface externe de la zone (16) de fibre dénudée et d'autre part à la surface interne du tube (20), sur toute la longueur du tube (20). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le matériau injecté est un polymère acrylate. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le matériau est polymérisé sous rayonnement ultraviolet. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le matériau est injecté à l'aide d'une seringue (30). 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la fibre dénudée (10) est préalablement nettoyée à l'alcool. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la fibre (10) est maintenue droite et le tube (20) centré sur la zone dénudée (16) pendant tout le processus d'injection du matériau (40). 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'une fois le tube (20) rempli de matériau polymère (40), l'on procède à une polymérisation locale du matériau injecté sur l'extrémité axiale de celui-ci opposée à la zone d'injection, pour créer un bouchon (42) propre à arrêter la progression du polymère injecté (40). 8. Procédé selon I `une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le matériau polymère (40) est placé sous pression pendant la polymérisation. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que l'on procède à une polymérisation pas à pas du polymère mis sous pression par injection forcée, à partir d'un bouchon prépolymérisé opposé à la zone d'injection vers celle-ci, puis que l'on procède à la polymérisation complète de la totalité du matériau injecté. 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que le matériau polymère injecté (40) possède un indice de réfraction compris entre 1,46 et 1,52. 11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que le matériau polymère injecté possède une viscosité comprise entre 5000 et 7000 mPa.s à 250C. 12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que le matériau polymère injecté possède un coefficient d'adhésion sur le verre compris entre 50 et 70. 10"3 N. 13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait que le matériau polymère injecté (40) présente un rétreint pendant la polymérisation inférieur à 5 %. 14. Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait que le matériau polymère injecté présente un module d'Young inférieur ou égal à 1000 Mpa. 15. Procédé selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé par le fait que le tube (20) est un tube en matériau choisi dans le groupe comprenant: le silicone et les élastomères polyesters thermoplastiques. 16. Procédé selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé par le fait que le tube (20) possède une longueur au moins supérieure de 2 cm à la longueur de la zone dénudée (16), et typiquement une longueur totale de l'ordre de 4 cm. 17. Procédé selon l'une des revendications 1-à 16, caractérisé par le fait que l'espacement entre la fibre (10) et l'intérieur du tube (20) est de l'ordre de 125 Nm. 18. Procédé selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé par le fait que le tube (20) est translucide. 19. Procédé selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisé par le fait que le tube (20) est transparent aux UV. 20. Procédé selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé par le fait que le diamètre interne du tube (20) est de l'ordre de 0,5 mm pour des fibres (10) de diamètre inférieur à 250 Nm et de l'ordre de 0,65 mm pour les fibres de diamètre compris entre 250 Nm et 400 Nm. 21. Procédé selon l'une des revendications 1 à 20, caractérisé par le fait que l'aiguille (32) possède un diamètre interne supérieur à 250 pm. 22. Fibre optique possédant un regainage (40) sur une zone (16) préalablement dénudée, obtenue par la mise en oeuvre du procédé conforme à l'une des revendications 1 à 21, caractérisée par le fait qu'elle comprend un tube souple (20) placé sur la zone (16) de fibre dénudée et un matériau polymère (40) injecté dans le tube (20) et polymérisé de sorte que le matériau polymère injecté (40) adhère d'une part à la surface externe de la zone (16) de fibre dénudée et d'autre part à la surface interne du tube (20), sur toute la longueur de celui-ci.