Brevet FR2885421A1 — publié le 20061110

CONNECTEUR A FIBRE OPTIQUE ENFICHABLE EN MILIEU FLUIDE. L'invention concerne un connecteur à fibre optique enfichable en milieu fluide, et en particulier pour une application en fond de puits pétrolier dans des conditions de température et de pression sévères, supérieures à 130 C et 1200 bars. Les connecteurs à fibre optique connus répondent de façon insatisfaisante à cette application particulière. Il est proposé selon l'invention un connecteur à fibre optique enfichable en milieu fluide, comportant une partie de connecteur fixe ou embase et une partie de connecteur mobile ou fiche destinée à s'accoupler avec l'embase pour constituer une connexion de fibre optique contenue dans lesdites parties de connecteur, caractérisé en ce que la fiche comprend: une partie de corps de configuration générale cylindrique, et pourvue d'une partie avant munie d'un trou coaxial de passage d'une fibre optique; - une partie de canal logeant une fibre optique et disposée coaxialement relativement à la partie de corps; - une partie tubulaire arrière à laquelle est solidarisée de façon 2 0 hermétique la fibre optique, reliée à ladite partie de canal et montée coulissante axialement de façon étanche dans la partie de corps; - une partie de centrage avant de la fibre optique reliée à l'extrémité avant de la partie de canal et montée coulissante axialement et de façon étanche dans la partie de corps; - une chambre à pistons opposés, montée axialement dans la partie de corps et contenant un fluide optique, et maintenue en extension par un ressort hélicoïdal s'appuyant contre les pistons, - une membrane externe entourant la partie de corps, contenant le fluide optique mis en communication avec la chambre à pistons, la partie canal, la partie de centrage et la partie avant, et mettant l'ensemble en équipression avec le fluide externe, et en ce que l'embase comporte: - une partie de corps de configuration analogue à celle de la fiche, pourvue d'une partie avant complémentaire au jeu près de celle de la fiche, - une partie de canal logeant une fibre optique et disposée coaxialement dans la partie de corps; 2885421 2 - une partie tubulaire arrière à laquelle est solidarisée de façon hermétique la fibre optique, reliée à ladite partie de canal et montée fixe axialement dans la dite partie de corps; - une partie de centrage avant de la fibre optique, destinée à la faire ressortir par la partie avant, à l'accouplement du connecteur, montée coulissante axialement et de façon étanche dans la partie de corps; - une chambre à pistons opposés montée axialement dans la partie de corps et contenant un fluide optique, le même que celui de la fiche, maintenue en extension par un ressort hélicoïdal s'appuyant contre les pistons et reliée à la partie de centrage avant, et - une membrane externe entourant la partie de corps, contenant du fluide optique mis en communication avec la chambre à pistons, la partie canal, la partie de centrage et la partie avant et mettant l'ensemble en équipression avec le fluide externe, La fiche s'accouplant en position de service dans l'embase par application et introduction centrée de la partie avant de son corps dans la partie avant de l'embase, ladite partie tubulaire arrière de la fiche étant poussée avec coulissement dans sa partie de corps pour comprimer la chambre de pistons de la fiche, dans un premier temps, et permettre l'éjection du fluide optique à l'extrémité de la partie de centrage et partie avant de la fiche, ressuyer l'extrémité avant de la fibre optique et chasser le fluide et les particules externes, tandis que la partie de centrage de l'embase est reculée sous la pression de la fiche pour ressuyer de même sous la compression de sa chambre à piston, l'extrémité de sa fibre optique qui ressort jusque dans la partie de centrage de la fibre, en étant alignée avec la fibre de la fiche, la connexion optique étant réalisée au contact des deux fibres et le léger jeu de contact étant absorbé par cintrage des fibres dans leur partie de 3 0 canal respective. La partie tubulaire arrière de la fiche est arrêtée en coulissement dans la partie de corps de manière à assurer à l'enfichage de connexion de la fiche dans l'embase un déplacement de la fiche dans l'embase égal au déplacement de coulissement de la dite partie tubulaire arrière dans son corps et de même des fibres respectives de la fiche et de l'embase jusqu'au point de connexion de ces fibres à la position d'enfichage finale. 2885421 3 De façon avantageuse, la partie tubulaire arrière de la fiche comporte une surface conique axiale d'arrêt s'appliquant contre une surface complémentaire de la partie de corps et constituant une barrière d'étanchéité au fluide externe sous une forte pression d'application. Cette partie tubulaire arrière de la fiche, qui reçoit de façon hermétique le câble de connecteur, est en outre montée de façon étanche dans la partie de corps par un jeu de joints toriques d'étanchéité disposé à l'avant de ladite surface axiale conique d'arrêt. La partie avant de la fiche comporte en outre une membrane souple avant à son extrémité percée axialement au moins au diamètre de la fibre et empêchant les particules externes de pénétrer dans la fiche, formant barrière d'étanchéité au fluide externe dès le début de l'enfichage et ressuyant la fibre de l'embase à son passage dans la fiche au cours de l'enfichage. Cette partie avant de la fiche comporte un élément de guidage de l'enfichage favorisant l'éjection du fluide optique en vue de chasser les particules et fluide externe présents à l'extrémité des parties avant du connecteur, constitué par exemple de dents de centrage ou d'une 2 0 surface de centrage avec des évents de passage du fluide optique. En outre, en complément de l'étanchéité des parties avant de la fiche et de l'embase, sous le recul en coulissement de la partie de centrage de l'embase dans sa partie de corps, l'extrémité avant de cette partie de corps vient s'appliquer en étanchéité sous la pression d'enfichage sur la partie de corps correspondante de la fiche, avantageusement au moyen de surfaces coniques axiales complémentaires. Ladite partie de centrage de l'embase comporte simplement en continuité de l'alésage de la partie de canal, de diamètre relativement important pour laisser de la flexibilité à la fiche, un évidement conique interne axial tourné vers l'extrémité avant et prolongé d'un alésage axial de diamètre d'au moins celui de la fibre pour son passage axial à léger jeu. Ladite partie de centrage de la fiche est de configuration connue, comportant trois billes avant positionnées en triangle et en contact pour laisser le passage de la fibre à faible jeu au centre, et deux galets longitudinaux formant avec au moins une bille supérieure de maintien 2885421 4 un évidement contraignant la fibre de passage vers l'axe d'alignement. Les chambres à pistons de la fiche et de l'embase sont de configuration analogue, comportant chacune deux pistons opposés de type à lèvres périphériques tournées vers l'avant et canalisant le fluide vers l'avant, et le piston avant comprend un volume avant apte à chasser le fluide optique vers l'avant surtout au moment de la déconnexion du connecteur pour empêcher le retour du fluide externe. La raideur du ressort hélicoïdal de la chambre à pistons de l'embase est supérieure à celle du ressort correspondant de la chambre de la fiche, de manière à assurer les séquences précitées successives de compression des chambres, notamment la compression en premier lieu de la chambre à pistons de la fiche. Il résulte de cette disposition du connecteur selon l'invention qu'il assure la protection des fibres contenues, tant au moment de la connexion qu'à celui de la déconnexion, en éjectant à ces deux manoeuvres suffisamment de fluide optique pour, d'une part, nettoyer les parties avant du connecteur de toute salissure et, d'autre part, empêcher que le fluide externe ne revienne dans les parties avant du connecteur. 2 0 L'invention est illustrée ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation et en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale axiale du connecteur en position déconnectée; - la figure 2 est une vue analogue à la figure 1 montrant l'introduction d'enfichage de la fiche dans l'embase; - la figure 3 montre le connecteur en position de connexion; - les figures 4 et 5 sont des vues avant de la fiche et de l'embase; et - la figure 6 est une vue en coupe longitudinale axiale agrandie montrant la connexion des fibres en position connectée et leur alignement. Avec référence aux dessins, le connecteur représenté comporte une embase 1 fixe ou non, et une fiche mobile 3 destinée à être enfichée à l'embase 1 en vue de réaliser une connexion optique des éléments linéaires continus de fibre optique, dits fibres optiques, 5 contenus dans la fiche 3 et l'embase 1, ceux-ci étant reliés à des câble optiques correspondants (non représentés) logeant chacun un dit élément de 2885421 5 fibre optique. La fiche 3 comporte une partie de corps 7 de configuration cylindrique, une partie avant profilée conique 9 avec des dents avant 11 en saillie, une partie de centrage 13 de la fibre optique 5, adjacente à la partie avant 9, une partie de canal 15 disposée axialement relativement aux corps 7 et contenant la fibre optique 5, reliée à la partie de centrage 13, une chambre à pistons 17 remplie de fluide optique 19 entourant la partie canal 15 en partie médiane du corps 7, et une partie tubulaire arrière 21, reliée à la partie de canal 15 à l'arrière de la chambre à pistons 17 et montée coulissante dans la partie de corps 7. Une membrane élastomère 23 entoure la partie de corps 7 en périphérie et contient du fluide optique 19, lequel est en communication avec la chambre à pistons 17, la partie canal 15, la partie de centrage 13 et la partie avant 9 au moyen de trous de communication formés dans chacun de ces éléments. Le câble optique est monté de façon hermétique sur la partie tubulaire arrière 21, à l'extérieur de celle-ci. La fibre optique 5 est montée solidaire de la partie tubulaire arrière 21 par brasure d'un alliage métallique de soudure sur le support métallique 25 de la partie tubulaire 21, ou par soudure de fritte de verre directement sur la fibre optique mise à nue, ce qui permet de réaliser l'étanchéité au fluide externe (eau de mer ou autre) et de résister à un environnement de haute température et haute pression supérieur à 130 C et 1200 bars, contrairement aux connecteurs conventionnels à fixation de la fibre par une matière synthétique époxy sur cette partie arrière qui se dégrade rapidement à ces conditions. La partie canal 15 loge la fibre optique 5 avec possibilité de léger cintrage de celle-ci, à un diamètre d'alésage égal à 2 à plusieurs fois celui de la fibre optique 5. Cette partie est reliée axialement à la partie de centrage avant 13, laquelle est destinée à guider axialement la fibre optique 5. Cette partie de centrage 13 comporte de façon connue (figure 6) trois billes avant 27, deux galets longitudinaux adjacents arrière 29, deux billes 31 appliquées sur les galets 29 au jeu de passage près de la fibre 5, et trois billes arrière 33 disposées en triangle équilatéral et en contact l'une à l'autre comme les trois billes avant 27. L'extrémité de la fibre optique 5 est disposée sensiblement au milieu de la partie de 2885421 6 centrage 13, étant maintenue à cette position. La partie avant 9 solidaire de la partie de corps 7 est montée adjacente à la partie de centrage 13, étant pourvue d'une membrane souple 35, élastomère montée sur la bordure avant et pourvue d'un trou de passage 37 à faible jeu près, de la fibre optique de l'embase. Cette partie avant comporte également des dents en saillie 11 (figure 4) réparties circonférentiellement sur son bord avant et chanfreinées à leur extrémité intérieure, circonférentiellement, pour assurer un préguidage de l'enfichage sur l'embase 1. Le trou de la membrane permet l'éjection du fluide optique 19, notamment à la compression de la chambre à pistons 17, réalise le ressuyage de la fibre optique 5 de passage (de l'embase) et empêche l'introduction du fluide externe. Le bourrelet externe 39 de fixation de la membrane 35 coopère avec la partie alésée avant cylindrique 41 du corps 43 de l'embase pour assurer l'étanchéité de l'enfichage et, de même, la partie avant 41 de l'embase coopère par son extrémité avec la partie avant conique 9 de la fiche, à contact de pression, pour compléter l'étanchéité à la fin de l'enfichage. 2 0 La chambre à pistons 17, disposée derrière la partie du centrage 13 est délimitée en périphérie par la partie de corps 7 et à ses extrémités par deux éléments de piston opposés 45. Elle contient du fluide optique 19 dont l'indice de réfraction est proche de celui de la fibre 5 de façon à favoriser la connexion optique des fibres (transmission des signaux). Les pistons 45 sont de type à lèvre souple périphérique dirigée vers l'avant, glissant dans l'alésage 47 de la partie de corps et coulissant sur la partie de canal avec faible jeu. Un ressort hélicoïdal 49 reçu autour de la partie de canal s'appuie en pression contre ceux-ci, au niveau de leur base. Lors de la connexion et de la déconnexion du connecteur, ils permettent par leur mouvement relatif dans la chambre l'éjection du fluide optique 19 vers la partie avant 9. La membrane périphérique 23 est une membrane souple, résistant aux solvants. Elle forme le réservoir du fluide optique 19 contenu dans la fiche, respectivement, dans la chambre à piston 17, la partie de canal 15, la partie de centrage 13 et la partie avant 9, lesquelles sont en communication par des trous adéquats, et met ces parties en équipression avec le fluide externe. 2885421 7 L'embase 1 comporte dans une configuration sensiblement similaire à celle de la fiche 3 une partie de corps cylindrique 43, de diamètre équivalent à celui du corps de la fiche, reliée par sa partie arrière au câble optique (non représenté), une partie tubulaire arrière 51 emprisonnant de façon hermétique la fibre optique 5 contenue (comme pour la fiche) et formant barrière d'étanchéité à la pression du fluide externe, une partie de canal cylindrique axiale 53 logeant la fibre optique 5 avec flexibilité de celle-ci à un diamètre équivalent à celui de la partie de canal 15 de la fiche, reliée à la partie tubulaire arrière 51 et s'étendant jusqu'à une partie de centrage avant 55 pourvue d'un trou de passage 57 (figure 5) de la fibre 5, une chambre à piston 59 montée en partie médiane du corps 43 et autour de la partie canal 53, et une membrane externe 61 entourant la partie de corps 43 et équivalente à celle de la fiche. La chambre à piston 59 est analogue à celle de la fiche, excepté pour la dureté du ressort hélicoïdal interne 63 qui est supérieure à celle du ressort 49 de la chambre de la fiche. La partie de centrage avant 55 est montée coulissante avec étanchéité à l'avant de la partie de corps 43, jusqu'à venir à la 2 0 déconnexion en butée avant sur des surfaces coniques complémentaires 68 sous la pression du ressort 63, ces surfaces de butée formant barrière d'étanchéité sous la pression d'application à la déconnexion, complétée au moyen de joints souples toriques arrières internes 67. Le fonctionnement est à présent décrit. A partir de la position déconnectée de la figure 1, il s'agit d'introduire la fiche 3 dans l'embase 1, par leur partie avant 9, 41, lesquelles s'emboîtent l'une à l'autre de façon centrée. La manoeuvre est réalisée par un outil (non représenté) qui permet de réaliser une action continue, progressive et de grande force. L'introduction est poursuivie (figure 2) et la partie de corps 7 de la fiche recule en coulissement relativement à la partie d'ensemble centrale 9, 13, 15, 21, jusqu'à venir en butée d'étanchéité par son extrémité arrière 66 sur la partie tubulaire arrière 21, tandis que le fluide optique 19 est éjecté à l'avant sous la pression de la chambre à piston 17 comprimée, et nettoie la partie avant 9, éjecte les particules et salissures attenantes et ressuie la fibre traversante 5 de l'embase 1. Ensuite, la partie de centrage 55 de l'embase recule et comprimant 2885421 8 la chambre à pistons 59 de celle-ci, ce qui prolonge l'éjection de fluide optique 19 vers l'avant. La fibre optique 5 est alors sortie de la partie de centrage 55 et partie avant 41 et pénètre dans la partie de centrage 13 de la fiche. La fin de course de connexion (figure 3) est réalisée à la mise en butée de l'extrémité avant du corps 43 sur la partie conique avant du corps 7 de la fiche et, à ce moment, l'étanchéité est effectuée par l'application en butée 65 à haute pression des surfaces coniques en regard et par le bourrelet 39 de la membrane 35 de la fiche, comme précité. La fibre optique 5 de l'embase 1 se trouve alors au contact de celle de la fiche 3, sensiblement au milieu de la partie de centrage 13 de la fiche et le jeu d'application faible est absorbé par le cintrage arrière des fibres 5 dans les parties opposées de canal 15, 53 du connecteur. La déconnexion est effectuée et obtenue de manière inverse avec éjection de fluide optique 19 à l'avant, comme précité. 2885421 9 REVENDICATIONS 1. Connecteur à fibre optique (5) enfichable en milieu fluide, comportant une partie de connecteur fixe ou embase (1) et une partie de connecteur mobile ou fiche (3) destinée à s'accoupler avec l'embase (1) pour constituer une connexion de fibre optique (5) contenue dans lesdites parties de connecteur, caractérisé en ce que la fiche (3) comprend: - une partie de corps (7) de configuration générale cylindrique, pourvue d'une partie avant (9) munie d'un trou coaxial de passage 10 d'une fibre optique (5) ; - une partie de canal (15) logeant une fibre optique (5) et disposée coaxialement relativement à la partie de corps (7) ; - une partie tubulaire arrière (21) à laquelle est solidarisée de façon hermétique la fibre optique (5), reliée à ladite partie de canal (15) et montée coulissante axialement de façon étanche dans la partie de corps (7) ; une partie de centrage avant (13) de la fibre optique (5) reliée à l'extrémité avant de la partie de canal (15) et montée coulissante axialement et de façon étanche dans la partie de corps (7) ; 2 0 - une chambre à pistons opposés (17), montée axialement dans la partie de corps (7) et contenant un fluide optique (19), et maintenue en extension par un ressort hélicoïdal s'appuyant contre les pistons, - une membrane externe (23) entourant la partie de corps (7), contenant le fluide optique (19) mis en communication avec la chambre à pistons (17), la partie de canal (15), la partie de centrage (13) et la partie avant (9), et mettant l'ensemble en équipression avec le fluide externe, et - en ce que l'embase (1) comporte: - - une partie de corps (43) de configuration analogue à celle de la 30 fiche, pourvue d'une partie avant (41) complémentaire au jeu près de celle (9) de la fiche; - une partie de canal (53) logeant une fibre optique (5) et disposée coaxialement dans la partie de corps (43) ; - une partie tubulaire arrière (51) à laquelle est solidarisée de 35 façon hermétique la fibre optique (5), reliée à ladite partie de canal (53) et montée fixe axialement dans la dite partie de corps (43) ; - une partie de centrage avant (55) de la fibre optique (5), destinée 2885421 10 à la faire ressortir par la partie avant (41), à l'accouplement du connecteur, montée coulissante axialement et de façon étanche dans la partie de corps (43) ; - une chambre à pistons opposés (59) montée axialement dans la partie de corps (43) et contenant un fluide optique (19), le même que celui de la fiche, maintenue en extension par un ressort hélicoïdal s'appuyant contre les pistons et reliée à la partie de centrage avant (55), et - une membrane externe (61) entourant la partie de corps (43), contenant du fluide optique (19) mis en communication avec la chambre à pistons (59), la partie canal (53), la partie de centrage (55) et la partie avant, et mettant l'ensemble en équipression avec le fluide externe, la fiche (3) s'accouplant en position de service dans l'embase (1) par application et introduction centrée de la partie avant (9) de son corps dans la partie avant (41) de l'embase, ladite partie tubulaire arrière (21) de la fiche étant poussée avec coulissement dans la partie de corps (7) pour comprimer la chambre de pistons (17) de la fiche, dans un premier temps, et permettre l'éjection du fluide optique (19) à 2 0 l'extrémité de la partie de centrage (13) et partie avant (9) de la fiche pour ressuyer l'extrémité avant de la fibre optique (5) et chasser le fluide et les particules externes, tandis que la partie de centrage (55) de l'embase est reculée sur la pression de la fiche pour ressuyer de même sous la compression de sa chambre à pistons (59) l'extrémité de sa fibre optique (5) qui ressort jusque dans la partie de centrage (13) de la fiche, en étant alignée avec la fibre (5) de la fiche (3), la connexion optique étant réalisée au contact des deux fibres (5) et le léger jeu de contact étant absorbé par cintrage des fibres (5) dans leur partie de canal respective (15, 53). 2. Connecteur à fibre optique, selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie tubulaire arrière (21) de la fiche est arrêtée en coulissement dans la partie de corps (7), de manière à assurer, à l'enfichage de connexion de la fiche (3) dans l'embase (1), un déplacement de la fiche (3) dans l'embase (1) égal au déplacement de coulissement de la dite partie tubulaire arrière (21) dans le corps (7) et, de même, des fibres respectives (5) de la fiche et de l'embase jusqu'au point de connexion de ces fibres (5) à la position d'enfichage finale. 2885421 11 3. Connecteur à fibre optique selon l'une des revendications 1, 2, caractérisé en ce que la partie tubulaire arrière (21) de la fiche (3) comporte une surface conique axiale d'arrêt s'appliquant en butée (66) contre une surface complémentaire de la partie de corps (7) et constituant une barrière d'étanchéité au fluide externe sous une forte pression d'application. 4. Connecteur à fibre optique, selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie tubulaire arrière (21) de la fiche recevant de façon hermétique le câble de connecteur est montée de façon étanche dans la partie de corps (7) par un jeu de joints toriques d'étanchéité disposé à l'avant de ladite surface axiale conique d'arrêt (66) 5. Connecteur à fibre optique, selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie avant (9) de la fiche comporte en outre une membrane souple avant (35) à son extrémité, percée axialement (37) au moins au diamètre de la fibre et empêchant les particules externes de pénétrer dans la fiche, formant en outre barrière d'étanchéité au fluide externe dès le début de l'enfichage et ressuyant la fibre de l'embase (5) à son passage dans la fiche (3) au 2 0 cours de l'enfichage. 6. Connecteur à fibre optique, selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie avant (9) de la fiche comporte un élément de guidage de l'enfichage favorisant l'éjection du fluide optique (19) en vue de chasser les particules et fluide externe présents à l'extrémité des parties avant (9, 41) du connecteur, constitué par exemple de dents de centrage (11) ou d'une surface de centrage avec des évents de passage du fluide optique (19). 7. Connecteur à fibre optique, selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu' en complément de l'étanchéité des parties avant de la fiche et de l'embase (9, 41) à l'enfichage, sous le recul en coulissement de la partie de centrage de l'embase (55) dans sa partie de corps (43), l'extrémité avant de cette partie de corps (43) vient s'appliquer en étanchéité (65) sous la pression d'enfichage sur la partie de corps correspondante (7) de la fiche, avantageusement au moyen de surfaces coniques axiales de contact complémentaires. 8. Connecteur à fibre optique, selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite partie de centrage de l'embase 2885421 12 (55) comporte en continuité de l'alésage de la partie de canal (53), de diamètre relativement important pour laisser de la flexibilité à la fibre (5), un évidement conique interne axial tourné vers l'extrémité avant et prolongé d'un alésage axial (57) de diamètre d'au moins celui de la fibre (5) pour son passage axial. 9. Connecteur à fibre optique, selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite partie de centrage de la fiche (13) est de configuration connue, comportant trois billes avant (27) positionnées en triangle et en contact pour laisser le passage de la fibre (5) à faible jeu au centre, et deux galets longitudinaux (29) formant avec au moins une bille supérieure de maintien (31) un évidement contraignant la fibre de passage (5) vers l'axe d'alignement. 10. Connecteur à fibre optique, selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les chambres à pistons (17, 59) de la fiche et de l'embase sont de configuration analogue, comportant chacune deux pistons opposés (45) de type à lèvres tournées vers l'avant et canalisant le fluide vers l'avant, le piston avant comprenant un volume avant apte à chasser le fluide optique (19) vers l'avant notamment au moment de la déconnexion du connecteur pour 2 0 empêcher le retour du fluide externe. 11. Connecteur à fibre optique, selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la raideur du ressort hélicoïdal (63) de la chambre à pistons de l'embase est supérieure à celle du ressort correspondant (49) de la chambre de la fiche de manière à assurer les séquences précitées successives de compression des chambres, notamment la compression en premier lieu de la chambre à pistons (17) de la fiche.