Brevet FR2879309A1 — publié le 20060616

ATI37.FRD.wpd Procédé de réalisation d'une traversée étanche pour fibre optique et traversée ainsi obtenue L'invention se rapporte au domaine des fibres optiques et elle concerne plus particulièrement un procédé de réalisation d'une traversée étanche pour fibre optique, ainsi que la traversée ainsi obtenue. On sait qu'une fibre optique se compose d'un c ur entouré d'une gaine optique, tous deux en silice, l'ensemble étant protégé par une gaine mécanique habituellement formée d'un polymère. Il est connu de réaliser une traversée étanche pour permettre à une fibre optique, ou à un ensemble de fibres optiques, de traverser une paroi de part et d'autre de laquelle règnent des environnements différents. Il est impératif que cette traversée se fasse de façon étanche pour que des fuites ne puissent se produire d'un environnement à l'autre au travers la paroi. En effet, ces deux environnements peuvent être constitués par 25 des milieux très différents se trouvant dans des états très différents, par exemple de pression, de température, etc. Une première solution connue consiste à faire passer la fibre optique (ou le groupe de fibres optiques) au travers d'un tube de grande longueur, typiquement de plusieurs centimètres, l'étanchéité entre la fibre et le tube étant obtenue par collage au moyen d'un adhésif. Ce collage peut se faire soit sur la gaine mécanique, soit sur la gaine optique. Dans le premier cas, l'adhérence avec la gaine mécanique s'effectue généralement dans de bonnes conditions, mais il existe un risque que la fibre optique proprement dite glisse par rapport à la gaine mécanique, par exemple sous l'action de pressions élevées. Dans le deuxième cas, comme l'adhérence de la colle avec la gaine optique en silice est difficile à garantir, il faut assurer une grande longueur de collage. Une deuxième solution connue consiste à réaliser des traversées étanches brasées en effectuant un dépôt métallique (ou dépôt métallisé), généralement par évaporation sous vide ou par dépôt électrolytique, directement autour de la gaine optique, sur une section de la fibre optique qui a été au préalable débarrassée de sa gaine mécanique. Ce dépôt métallique comprend généralement une ou plusieurs couches choisies parmi des métaux tels que l'aluminium, le nickel, l'or, le chrome, le titane, cette liste n'étant pas limitative. Ensuite, le dépôt métallique est lié par brasage avec un dispositif de traversée, généralement une embase métallique, pour assurer une liaison étanche. Le problème qui se pose est que le métal adhère difficilement sur la gaine optique réalisée en silice, du fait qu'il ne se crée pas de liaisons chimiques entre le métal et la silice. En outre, la silice et le métal ont des coefficients de dilatation très différents si bien que le métal a tendance à se décoller progressivement de la silice, notamment sous l'effet de cycles thermiques répétés. Il en résulte que le métal et la silice ont tendance à se séparer l'un de l'autre, alors que la brasure reste parfaitement en place. D'une manière générale, la technique de brasure s'avère très intéressante car elle permet des traversées étanches courtes, contrairement aux traversées étanches obtenues par collage, et avec une tenue à très haute pression, sans problème de vieillissement. On rappellera que les adhésifs ont une durée de vie limitée, ce qui n'est pas le cas des brasures. L'invention a notamment pour but de surmonter les 5 inconvénients précités. Elle vise en particulier à procurer un procédé de réalisation d'une traversée étanche pour fibre optique, qui peut se faire sur une longueur relativement courte, en résistant parfaitement à des différences de pression et/ou de température élevées, et qui ne soit pas sujette à des problèmes de vieillissement. L'invention vise encore à procurer un tel procédé qui peut s'appliquer à une fibre optique, ou à un groupe de fibres optiques, et qui peut être mis en oeuvre de façon reproductible. Elle vise aussi à procurer un tel procédé qui peut être mis 20 en oeuvre avec des fibres optiques de diverses dimensions. L'invention propose à cet effet un procédé de réalisation d'une traversée étanche pour fibre optique, lequel comprend les opérations suivantes: a) préparer une embase propre à être installée au travers d'une paroi et délimitant un passage de traversée; b) préparer au moins une fibre optique à installer dans ledit 30 passage; c) dénuder la fibre optique sur une longueur limitée pour enlever la gaine mécanique et découvrir la gaine optique; d) réaliser un façonnage local de la gaine optique provoquant une variation de diamètre de la gaine optique sur une longueur axiale limitée pour former au moins une partie de retenue; e) recouvrir la partie de retenue d'un dépôt métallique; f) introduire la fibre optique à travers le passage de l'embase, en sorte que la partie de retenue recouverte du dépôt métallique se trouve placée dans la région dudit passage; et g) réaliser une liaison par brasage entre le dépôt métallique et l'embase tubulaire. La partie de retenue ainsi façonnée est recouverte d'un dépôt métallique qui est lié par brasage à l'embase. Dans ces conditions, la partie de retenue constitue une forme de coincement qui empêche un déplacement axial de la fibre, dans un sens ou dans l'autre, du fait que le dépôt métallique vient entourer une partie de la fibre, à savoir une partie de retenue, dont le diamètre n'est pas constant. De ce fait, il est alors possible de réaliser une traversée de faible longueur, typiquement de quelques millimètres, au lieu de quelques centimètres, dans le cas des traversées de la technique antérieure. Le dépôt métallique ne risque donc pas de glisser par rapport à la gaine optique et sa liaison avec l'embase est une liaison par brasure qui, de par sa nature, résiste parfaitement au vieillissement. On peut ainsi assurer une traversée étanche d'une ou de plusieurs fibres optiques au travers d'une paroi séparant deux milieux pouvant avoir des natures et des états très différents, l'étanchéité étant dans tous les cas rigoureusement assurée. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, 35 l'opération d) comprend le façonnage de la partie de retenue sous la forme d'un amincissement. De préférence, cet amincissement forme deux parties généralement coniques opposées, ces formes étant particulièrement propices pour assurer un blocage. Le façonnage de l'amincissement peut s'effectuer en utilisant l'une ou l'autre de plusieurs techniques, ou encore une combinaison de telles techniques. De manière préférentielle, le façonnage de l'amincissement comprend une attaque chimique de la gaine optique, cette attaque chimique étant réalisée avantageusement avec de l'acide fluorhydrique ou l'un de ses dérivés. Une telle attaque chimique a pour avantage d'obtenir des formes lisses, c'est à dire sans criques, dans des conditions maîtrisées et parfaitement reproductibles. Elle n'engendre pas de choc thermique et crée des formes coniques favorables au maintien de l'étanchéité par un phénomène de blocage ou de coincement. Cependant, le façonnage peut être obtenu aussi par un traitement au laser, cette technique permettant de créer des formes spécifiques de retenue, comme des encoches, en laissant une surface lisse. En revanche le traitement au laser peut produire un choc thermique. Il est envisageable de réaliser la façonnage par un usinage mécanique. Une telle technique est cependant délicate à réaliser compte tenu de la taille des fibres et est fragilisante car elle peut créer des criques. Elle nécessite souvent un "repolissage" par attaque chimique ou par fusion. Il est à noter que ces techniques peuvent être combinées. Par exemple un façonnage par laser ou par usinage mécanique peut 35 être complété par un façonnage par une attaque chimique. Dans les techniques précédemment mentionnées, le façonnage s'effectue simplement sur la gaine optique de la fibre, le c ur de celle- ci n'étant pas modifié. Dans une autre forme de réalisation, le façonnage de l'amincissement peut comprendre une fusion localisée et un étirement axial de la fibre optique dans des conditions contrôlées, d'où il résulte un amincissement simultané de la gaine optique et du coeur. Toutefois, une telle solution s'avère moins préférable dans la pratique, du fait qu'elle produit un choc thermique et qu'elle modifie le diamètre du coeur de la fibre optique. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, l'opération d) comprend le façonnage de la partie de retenue sous la forme d'un élargissement. Dans un mode de réalisation, cet élargissement est obtenu par fusion localisée et rapprochement axial de la fibre optique dans des conditions contrôlées, d'où il résulte un élargissement simultané de la gaine optique et du coeur. Le dépôt métallique est avantageusement obtenu par évaporation sous vide ou par un dépôt galvanique d'au moins une couche métallique, de préférence choisie parmi l'aluminium, le nickel, l'or, le chrome, le titane. Le brasage s'effectue dans des conditions en elles-mêmes connues par exemple à l'aide d'une pâte de brasage, la température de brasage étant suffisamment basse pour ne pas risquer de faire fondre la couche métallique et/ou la silice qui constitue la fibre optique. Sous un autre aspect, l'invention concerne un dispositif de traversée étanche pouvant être obtenu par la mise en oeuvre du procédé ci- dessus, ce dispositif comprenant une embase propre à être installée au travers d'une paroi et délimitant un passage, ainsi qu'au moins une fibre optique installée dans le passage, cette fibre optique comportant au moins une partie de retenue obtenue par un façonnage local de la gaine optique provoquant une variation de diamètre de la gaine optique sur une longueur axiale limitée, la partie de retenue étant recouverte d'un dépôt métallique qui est lié de façon étanche par brasage à l'embase. Comme indiqué précédemment, la partie de retenue peut être 5 réalisée de préférence sous la forme d'un amincissement, mais aussi sous la forme d'un élargissement. Le dépôt métallique comprend avantageusement au moins une couche métallique telle que mentionnée plus haut. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue de face d'un tronçon de fibre 15 optique dont la gaine mécanique a été dénudée sur une longueur donnée; - la figure 2 est une vue analogue à la figure 1 après façonnage d'une partie de retenue, ici sous la forme d'un 20 amincissement, de la gaine optique; - la figure 3 est une vue analogue à la figure 2 après application d'un dépôt métallique; - la figure 4 est une vue en coupe montrant schématiquement un dispositif de traversée selon l'invention comprenant une embase mise en place au travers d'une paroi et traversée par une fibre optique; - la figure 5 représente un détail, à échelle agrandie de la figure 4; - la figure 6 est une vue analogue à la figure 2 montrant le façonnage de la partie de retenue par une attaque laser; - la figure 7 est une vue analogue à la figure 2 montrant le façonnage de la partie de retenue par usinage mécanique; - la figure 8 montre le façonnage d'une partie de retenue sous la forme d'un amincissement obtenue par fusion localisée et étirement axial; - la figure 9 montre schématiquement le façonnage d'une partie de retenue sous la forme d'un élargissement obtenu par fusion localisée et rapprochement axial; et - la figure 10 est une vue de côté d'une fibre optique 10 comportant deux parties de retenue réalisées chacune sous la forme d'un amincissement de la gaine optique. On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente un tronçon d'une fibre optique 10 comportant un coeur 12 (représenté en traits interrompus) entouré par une gaine optique 14, tous deux en silice, l'ensemble étant entouré par une gaine mécanique 16 en un matériau polymère. Dans une première opération de procédé, la fibre optique est dénudée sur une longueur axiale L limitée, typiquement de quelques millimètres, pour exposer la gaine optique 14. Dans une opération subséquente, comme montré à la figure 2, on façonne une partie de retenue 18, dans l'exemple un amincissement, pour provoquer une variation de diamètre de la gaine optique sur une longueur axiale limitée 1 qui est inférieure à la longueur axiale L mentionnée précédemment. Cette forme de retenue a ici sensiblement la forme de deux parties généralement coniques opposées, le terme "généralement coniques" signifiant que les parois des cônes sont en fait engendrées par des lignes courbes, et non pas des lignes droites. Dans l'exemple, cet amincissement est obtenu par une attaque chimique, typiquement à l'aide d'acide fluorhydrique ou d'un dérivé de cet acide. Pour cela, on place la fibre dans une position sensiblement horizontale et on dépose une goutte 20 (représentée en traits interrompus) de cet acide, qui, par capillarité, vient entourer régulièrement la gaine optique 14 et réaliser une attaque de la gaine optique. Cette attaque s'effectue de façon régulière, provoquant une surface parfaitement lisse, la profondeur de l'attaque pouvant être parfaitement maîtrisée par le choix de paramètres tels que la nature de l'acide, la dilution de l'acide et le temps d'attaque. Dans tous les cas les conditions de l'attaque sont maîtrisées pour ne pas attaquer le c ur de la fibre optique. Une fois que l'attaque a été réalisée, il suffit de la stopper en plongeant la fibre dans de l'eau. Dans une opération ultérieure (figure 3) on applique autour de la partie de retenue 18 un dépôt métallique 22 (encore appelé dépôt métallisé) obtenu par une technique classique d'évaporation sous vide ou de dépôt galvanique et comprenant au moins une couche métallique choisie. De préférence, cette couche métallique est choisie parmi l'aluminium, le nickel, l'or, le chrome, le titane, cette liste n'étant pas limitative. Le dépôt métallique 22, dont l'épaisseur est très faible, vient ainsi épouser la forme de la partie de retenue, ici une forme amincie. On se réfère maintenant à la figure 4 qui montre une paroi 24 séparant deux milieux Ml et M2 qui peuvent avoir des natures très différentes et se trouver également dans des états très différents (notamment différence de pression et/ou de température). La paroi 24 comporte une ouverture 26, dans l'exemple de forme cylindrique circulaire, qui débouche des deux côtés de la paroi. Dans cette ouverture 26, est engagée une embase 28 comportant un fût cylindrique 30 prolongé par une collerette 32. Le fût cylindrique est engagé dans l'ouverture 26 avec interposition d'un joint d'étanchéité 34, ici de forme torique, placé dans une gorge 36 aménagée autour du fût 30. L'embase 28 est fixée sur la paroi 24 par une pluralité de vis 38 traversant la collerette 32. L'embase 28 est réalisée au moins en partie en métal (par exemple en acier inoxydable) et définit un passage de traversée 40, réalisé ici sous la forme d'un passage cylindrique de forme circulaire, qui débouche vers le milieu Ml et vers le milieu M2. Une fibre optique, telle que montrée à la figure 3, est introduite dans le passage 40 de l'embase 28 de sorte que la partie de retenue 18 recouverte du dépôt métallique 22 se trouve placée dans la région du passage 40 (figures 4 et 5). Un dépôt de brasure 42 est alors réalisé entre le dépôt métallique 22 et l'embase 28, ce qui permet d'assurer une liaison étanche et durable entre eux. Comme le dépôt métallique 22 entoure étroitement la partie de retenue, qui a un diamètre non constant, on obtient un coincement du dépôt métallique, et donc de la brasure 42, si bien que la fibre optique 10 ne peut glisser dans un sens axial ou dans l'autre. En outre, cette liaison peut s'effectuer sur une longueur relativement courte, typiquement de quelques millimètres. On se réfère à la figure 6 qui montre une vue analogue à la figure 2 dans laquelle la partie de retenue 18, également un amincissement, est obtenue par une attaque au moyen d'un rayonnement laser 44 issu d'une source laser 46. Cette attaque s'effectue dans des conditions contrôlées. La figure 7 montre une autre variante dans laquelle la partie de retenue 18, également sous la forme d'un amincissement, est façonnée par usinage mécanique au moyen d'un outil d'usinage 48 représenté schématiquement. Il est préférable de terminer l'opération par un lissage ou un polissage au moyen d'une attaque chimique du type de celle décrite précédemment ou au moyen d'une fusion. La figure 8 montre une autre variante dans laquelle la partie de retenue 18 est aussi réalisée sous la forme d'un amincissement. Cependant, cet amincissement est effectué par action de la chaleur à partir d'une source de chaleur 50 pour réaliser une fusion partielle de la gaine optique 14, mais aussi du c ur 12, dans des conditions maîtrisées. Les deux parties de la fibre sont écartées simultanément dans la direction axiale, comme montré par les flèches F1, pour provoquer un étirement. Cet étirement conduit par conséquent à un amincissement simultané de la gaine optique et du coeur. En revanche, dans les formes de réalisation précédentes, l'amincissement était effectué seulement sur la gaine optique, le coeur restant intact. On se réfère maintenant à la figure 9 dans laquelle la partie de retenue 52 forme ici un élargissement, c'est à dire que le diamètre de la gaine optique est augmenté sur une longueur axiale limitée, et non pas diminué comme dans les formes de réalisation précédentes. Cet élargissement s'effectue par l'action d'une source de chaleur 50 analogue à celle de la figure 8 provoquant une fusion localisée de la gaine optique et du coeur dans des conditions contrôlées, les deux parties de la fibre étant rapprochées dans la direction axiale, comme montré par les flèches F2. Les solutions des figures 8 et 9 sont actuellement moins préférées car elles nécessitent d'être mises en oeuvre dans des conditions parfaitement maîtrisées et qu'elles modifient le diamètre du coeur de la fibre optique, ce qui peut en modifier ses propriétés de transmission. La figure 10 montre une autre variante de réalisation dans laquelle la partie dénudée de la fibre optique a été façonnée en deux endroits espacés axialement l'un de l'autre pour former deux amincissements 18 analogues à ceux décrits précédemment. Ces deux amincissements permettent de réaliser deux parties de retenue successives qui seront ensuite recouvertes d'un dépôt métallique. Comme indiqué précédemment, les différentes techniques de façonnage peuvent se combiner mutuellement. Par ailleurs, la structure de l'embase est susceptible de nombreuses variantes. Il est à noter en outre que cette embase peut être traversée soit par une seule fibre optique, soit encore par un groupe de fibres optiques, la brasure venant combler l'espace entre les fibres optiques et le passage que délimite l'embase. L'invention trouve une application générale au domaine des fibres optiques, par exemple pour la transmission de mesures dans le cas de milieux agressifs. Revendications 1. Procédé de réalisation d'une traversée étanche pour fibre optique, caractérisé en ce qu'il comprend les 5 opérations suivantes: a) préparer une embase (28) propre à être installée au travers d'une paroi et délimitant un passage (40) ; b) préparer au moins une fibre optique (10) à installer dans ledit passage (40) ; c) dénuder la fibre optique sur une longueur limitée (L) pour enlever la gaine mécanique (16) et découvrir la gaine optique 15 (14) ; d) réaliser un façonnage local de la gaine optique (14) provoquant une variation de diamètre de la gaine optique sur une longueur axiale limitée (1) pour former au moins une partie de retenue (18; 52) ; e) recouvrir la partie de retenue (18; 52) d'un dépôt métallique (22) ; f) introduire la fibre optique (10) à travers le passage (40) de l'embase (28), en sorte que la partie de retenue (18; 52) recouverte du dépôt métallique (22) se trouve placée dans la région dudit passage (40) ; et g) réaliser une liaison par brasage (42) entre le dépôt métallique (22) et l'embase (28). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'opération d) comprend le façonnage de la partie de retenue 35 sous la forme d'un amincissement (18). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'amincissement (18) forme deux parties généralement coniques, opposées. 4. Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le façonnage de l'amincissement (18) comprend une attaque chimique de la gaine optique (14). 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'attaque chimique est réalisée avec de l'acide fluorhydrique ou l'un de ses dérivés. 6. Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, 10 caractérisé en ce que le façonnage de l'amincissement (18) comprend un traitement au laser (44, 46). 7. Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le façonnage de l'amincissement (18) 15 comprend un usinage mécanique (48). 8. Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le façonnage de l'amincissement {18) comprend une fusion localisée et un étirement axial de la fibre optique, dans des conditions contrôlées, d'où il résulte un amincissement simultanée de la gaine optique (14) et du coeur (12). 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que 25 l'opération d) comprend le façonnage de la partie de retenue sous la forme d'un élargissement (52). 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'élargissement (52) est obtenue par une fusion localisée et un rapprochement axial de la fibre optique, dans des conditions contrôlées, d'où il résulte un élargissement simultané de la gaine optique (14) et du coeur (12). 11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le dépôt métallique (22) est obtenu par évaporation sous vide ou un dépôt galvanique d'au moins une couche métallique, de préférence choisie parmi l'aluminium, le nickel, l'or, le chrome et le titane. 12. Dispositif de traversée étanche, pouvant être obtenu par la mise en uvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend une embase (28) propre à être installée au travers d'une paroi (24) et délimitant un passage de traversée (40), ainsi qu'au moins une fibre optique (10) installée dans ledit passage (40) , en ce que la fibre optique comporte au moins une partie de retenue (18; 52) obtenue par un façonnage local de la gaine optique (14) provoquant une variation de diamètre de la gaine optique sur une longueur axiale limitée (1), et en ce que cette partie de retenue est recouverte d'un dépôt métallique (22) lié de façon étanche par brasage (42) à l'embase. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce 15 que la partie de retenue est réalisée sous la forme d'un amincissement (18). 14. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que la partie de retenue est réalisée sous la forme d'un 20 élargissement (52) . 15. Dispositif selon l'une des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que le dépôt métallique (22) comprend au moins une couche métallique, de préférence choisie parmi l'aluminium, le nickel, l'or, le chrome et le titane.