Brevet FR2904876A1 — publié le 20080215

CABLE DE TELECOMMUNICATION À FIBRES OPTIQUES La présente invention concerne le domaine des câbles de télécommunication à fibres optiques et plus particulièrement des câbles dits à micromodules dans 5 lesquelles des fibres optiques sont groupées pour former une pluralité de micromodules rassemblés en un câble. On connaît, notamment des documents FR-A-2 665 266 et FR-A-2 706 218, des câbles à fibres optiques comportant plusieurs micromodules de fibres optiques, chaque micromodule de fibres optiques étant enveloppé par une gaine de maintien 10 enserrant plusieurs fibres. Les câbles de télécommunication à fibres optiques sont généralement destinés à être posés dans des conduites de systèmes de transmission métropolitains ou longue distance. Pour permettre la pose en conduite du câble, celui-ci doit présenter à la fois une certaine robustesse pour supporter la traction et les contraintes 15 mécaniques de la pose et une certaine souplesse selon au moins une direction de pliage afin de permettre son insertion dans les conduites du système. En outre, un câble de télécommunication doit généralement supporter des conditions d'utilisation sur une large plage de température pouvant aller de -40 C à +60 C, ce qui peut provoquer des dilatations et compressions dans la gaine du câble. Il est donc connu 20 d'ajouter au câble des éléments de renfort qui absorbent les contraintes mécaniques subies par le câble et protègent ainsi les fibres optiques disposées dans le câble. De tels éléments de renfort peuvent être situés dans la zone centrale du câble ou encore en périphérie. Ainsi par exemple, les documents WO-A-2006/034722 et WO-A-2006/034723 montre des câbles à micromodules présentant deux éléments de renfort 25 circulaires situés longitudinalement dans la gaine du câble entourant les micromodules. Le document US 5,050,957 décrit un câble à fibre optique. Les fibres optiques sont placées dans un élément tubulaire rempli par une composition de remplissage. Une gaine entoure l'élément tubulaire et des éléments de renfort sont 30 disposés dans la gaine contre l'élément tubulaire. Le câble décrit dans ce document R: \Brevets\25100\,25121--060804-texte depot.doc 2904876 -2- n'est pas un câble à micromodules. Dans un des exemples de ce document, les éléments de renfort sont épousent la périphérie extérieure de l'élément tubulaire. Les documents US 5,109,457 et US 4,844,575 décrivent chacun un câble à fibre optiques comprenant des gerbes de fibres assemblées et placées dans un élément tubulaire rempli par une composition de remplissage. Une gaine entoure l'élément tubulaire et des éléments de renfort circulaires sont disposés dans la gaine contre l'élément tubulaire. Les câbles décrits dans ces documents ne sont pas des câbles à micromodules. La figure 1 montre un schéma d'un câble à micromodule de l'art antérieur, 10 du type de ceux décrits dans les documents précités WO-A-2006/034722 et WO-A-2006/034723. De manière comme en soi, un câble 1 de télécommunication à micromodules comprend une pluralité de fibres optiques 10 groupées en micromodules. Bien que non illustré en détail, chaque micromodule 10 contient 15 plusieurs fibres optiques enveloppées ensemble dans une gaine de maintien souple et fine. Un micromodule 1 0 peut contenir 2 à 15 fibres environ. Les gaines de maintien des micromodules et les gaines de fibres optiques peuvent être colorées afin de faciliter le repérage des fibres dans le câble, par exemple lors d'une opération d'épissurage. Les micromodules 10 sont disposés dans une cavité centrale du câble 1. 20 Une gaine 20 entoure la cavité recevant les micromodules 10. La gaine 20 du câble 1 peut être en polymère, généralement en polyéthylène; elle peut être extrudée en ligne lors de la formation du câble au fur et à mesure du regroupement des fibres en micromodules 10. La gaine 20 du câble 1 contient des éléments de renfort 50. La gaine 20 est en effet constituée d'un rnatériau étanche à l'humidité mais peu rigide 25 mécaniquement et sensible aux variations de température. Les éléments de renfort 50 servent ainsi à limiter les déformations du câble dues aux efforts de traction, par exemple lors de la pose du câble en conduite, et à limiter les déformations axiales du câble en contraction et dilatation lorsque celui ci est soumis à des variations de température importantes en compensant les efforts de compression ou de dilatation 30 induits par la gaine Comme illustré sur la figure 1, les éléments de renfort 50 sont généralement disposés dans la gaine 20 de façon longitudinale en étant diamétralement opposés de R:ABrevets\25100\25121--060804-texte depot.doc 2904876 -3- part et d'autre de la cavité contenant les micromodules 10. Cette disposition des éléments de renfort 50 permet de définir un plan de pliage préférentiel du câble afin de permettre son insertion dans des conduites du système de télécommunication auquel il est destiné. 5 Les éléments de renforts 50 intégrés dans l'épaisseur de la gaine 20 ne doivent pas être positionnés trop près des micromodules 10 afin de ne pas induire d'efforts mécaniques dans les micromodules et dans les fibres optiques ; et ils ne doivent pas être positionnés trop proche de la périphérie extérieure de la gaine afin d'éviter leur endommagement et garantir un bon coefficient de frottement lors de la pose du câble dans les conduites. On considère généralement que les éléments de renfort 50 doivent être situés à au moins 0,3 mm et de préférence à 0,5 mm de la périphérie extérieure de la gaine 20. La grosseur de câble dépend donc entre autre de la taille des éléments de renfort 50 qui sont intégrés dans la gaine 20. En outre, plus la gaine 20 est épaisse, plus les forces de dilatation et de compression dues aux variations de température seront importantes car le matériau de la gaine est particulièrement sensible aux variations de température. On cherchera donc à limiter le diamètre des éléments 50 utilisés comme renfort dans la gaine du câble pour limiter la quantité de gaine utilisée afin de réduire le diamètre du câble et son coût de fabrication. Mais cette limitation du diamètre des éléments de renfort 50 ne doit pas conduire à un défaut de la compensation des contraintes mécaniques et thermiques que le câble est amené à subir lors de son utilisation. On peut définir un rapport de robustesse du câble comme le rapport de la surface en coupe des éléments de renfort 50 sur la surface en coupe de la gaine 20. Plus ce rapport de robustesse est élevé, plus le câble est résistant aux contraintes mécaniques et thermiques ; mais ce rapport est cependant limité par la nécessité de placer les éléments de renfort 50 à la fois éloignés des micromodules et de la périphérie extérieure du câble, comme expliqué précédemment. La société SAGEM a proposé de remplacer chaque élément de renfort par deux plus petits éléments de renfort adjacents. Cette solution est illustrée sur la figure 2 et a été mise en oeuvre dans un câble commercialisé par la société SAGEM sous l'appellation câble Gaine . Chaque paire d'éléments de renfort 60 de la figure 2 présente sensiblement la même section en coupe qu'un plus gros élément de renfort R:\Brevets\25100\25121--060804-texte depot.doc 2904876 -4- 50 de la figure 1 pour une épaisseur de gaine 20 plus faible et donc un diamètre de câble 1 plus petit. Bien que cette solution permette de limiter la quantité de gaine 20 utilisée dans le câble, le coût de fabrication du câble n'est pas parfaitement optimisé car deux renforts 60 de moindre diamètre coûtent plus cher qu'un seul renfort 50 de 5 plus gros diamètre. En outre, il s'avère difficile de faire pénétrer le matériau de la gaine 20 entre les éléments d'une paire de renfort 60, ce qui peut former un chemin d'eau filant entre les deux éléments de renfort d'une paire jusqu'à un boîtier d'épissure. Il existe donc un besoin pour un câble qui présente un bon rapport de 10 robustesse avec un diamètre total réduit par une épaisseur de gaine limitée et qui présente une bonne étanchéité et un coût de fabrication réduit. A cet effet, l'invention propose d'utiliser seulement deux éléments de renfort disposés longitudinalement dans la gaine diamétralement opposés de part et d'autre de la cavité du câble contenant les micromodules, ces éléments de renfort 15 présentant une forme allongée en coupe transversale afin de garantir une section en coupe importante pour une épaisseur moindre. L'invention propose plus particulièrement un câble de télécommunication à fibres optiques comprenant : - une cavité centrale longitudinale recevant des micromodules groupant 20 des fibres optiques; - une gaine entourant la cavité centrale; - deux éléments de renfort disposés longitudinalement dans la gaine et définissant un axe de pliage du câble, chaque éléments de renfort présentant une forme allongée en coupe 25 transversale avec une hauteur perpendiculaire à l'axe de pliage et une largeur, le rapport de la hauteur sur la largeur de chaque élément de renfort étant strictement supérieur à I et inférieur ou égal à 2. Selon les modes de réalisation, le câble selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : 30 le rapport de la hauteur sur la largeur de chaque élément de renfort est compris entre 1,5 et 1,75; R:ABrevets\25100\25121--060804-texte depot.doc 2904876 -5- - chaque élément de renfort est éloigné de la périphérie extérieure de la gaine et de la périphérie intérieure de la gaine d'une distance supérieure ou égale à 0,3 mm ; - les éléments de renfort sont constitués d'un matériau ou composite 5 présentant un module de compression axiale supérieure ou égale à 40 000 Mpa ; - les éléments de renfort (70) sont constitués d'un matériau ou composite présentant un coefficient de dilatation thermique inférieur ou égal à 5.10-5 K-t ; 10 - la surface en coupe (CSA) de chaque élément de renfort s'exprime comme suit : CSArenlor, = L x (H ù L)+ 4 (L2 ) D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation de l'invention, donnés à titre 15 d'exemple et en référence aux dessins annexés, qui montrent - figure 1, précédemment décrite, un schéma d'une coupe transversale d'un câble selon un premier art antérieur ; - figure 2, précédemment décrite, un schéma d'une coupe transversale d'un câble selon un deuxième art antérieur; 20 figure 3, un schéma d'une coupe transversale d'un câble selon un mode de réalisation de l'invention. Le câble de l'invention va être décrit en référence à la figure 3. Les éléments communs aux figures 1 et 2 portent les mêmes numéros de référence. 25 Le câble 1 de l'invention présente une cavité centrale longitudinale recevant des micromodules 10 regroupant des fibres optiques et une gaine 20 entourant cette cavité centrale. La gaine 20 peut être en polymère, par exemple en polyéthylène; elle présente une bonne étanchéité à l'humidité et une importante souplesse mécanique. La gaine 20 peut être extrudée autour de la cavité dans laquelle s'étendent les 30 micromodules 10. Lorsque l'on considère le câble en coupe transversale, la gaine 20 présente une périphérie intérieure et une périphérie extérieure définies radialement. R:\Brevets\25100\25121--060804-texte depot.doc 2904876 -6 Le câble de l'invention comprend en outre deux éléments de renfort 70 disposés longitudinalement dans la gaine 20. Ces éléments de renfort 70 peuvent être des tiges de plastique renforcé de verre, connues sous le terme de GRP pour Glass Reinforced Plastic ou des tiges d'acier ou des tiges de plastique renforcé d'aramide 5 ou tout autre élément de renfort longitudinal approprié pour rigidifier un câble de télécommunication. Notamment, les éléments de renfort 70 peuvent être constitués de tout matériau ou composite présentant un haut module de traction et un haut module de compression axiale, supérieurs ou égaux à 40000 MPa, et un faible coefficient de dilatation thermique, inférieur ou égal à 5.10-5 K-1. 10 Comme illustré sur la figure 3, les éléments de renfort 70 du câble selon l'invention sont positionnés dans la gaine 20, à la fois éloignés des micromodules 10 pour ne pas induire de contraintes sur ces derniers et à la fois éloignés de la périphérie extérieure de la gaine pour éviter d'être endommagé lors du tirage du câble. En particulier, les éléments de renfort 70 sont éloignés de la périphérie 15 extérieure de la gaine 20 d'une distance d'au moins 0.3 mm et sont éloignés de la périphérie intérieure de la gaine 20 d'une distance d'au moins 0.3 mm. La figure 3 montre les éléments de renfort disposés diamétralement opposés de part et d'autre de la cavité des micromodules 10. Un axe de pliage préféré du câble est ainsi défini, perpendiculairement à la direction longitudinal du câble et 20 passant par les deux éléments de renfort 70. Le câble 1 peut donc être inséré dans des conduites d'un système de télécommunication et tiré le long de ces conduites en se courbant lorsque nécessaire selon son axe de pliage. Bien évidement, selon les applications, une autre disposition relative des éléments de renfort 70 peut être envisagée. En particulier, les éléments de renfort peuvent être légèrement désaxés par 25 rapport à un diamètre du câble tout en permettant la définition d'un axe de pliage préféré. Comme illustré sur la figure 3, chaque éléments de renfort 70 présente, en coupe transversale, une forme sensiblement ovale ou aplatie ou allongée avec une hauteur H perpendiculaire à l'axe de pliage et une largeur L plus petite que la hauteur 30 H. Le rapport de la hauteur sur la largeur H/L de chaque élément de renfort 70 est donc strictement supérieur à 1. Ce rapport doit en outre être limité pour conserver la R:\Brevets\25100\25121--060804-texte depot.doc 2904876 -7-possibilité de courber le câble selon l'axe de pliage; on limitera donc ce rapport de la hauteur sur la largeur H/L à 2. En effet, une direction de pliage préférée doit être maintenue dans le câble pour permettre son installation. Or, si la hauteur H des éléments de renfort devient 5 trop grande, le câble sera difficile à plier car les éléments de renfort ù qui résistent justement à la traction et à la compression ù s'étendront de trop au-delà du plan neutre contenant l'axe de pliage. Si la hauteur des éléments de renfort 70 est trop grande et si on devait forcer le câble à plier, on pourrait provoquer la rupture d'un élément de renfort et/ou la déchirure de la gaine. 10 Plus particulièrement, on choisira une forme pour les éléments de renfort 70 telle que le rapport de la hauteur sur la largeur H/L soit compris entre 1,5 et 1,75. La surface en coupe des éléments de renfort 70 est donc équivalente à celle d'un porteur rond tout en conservant une largeur suffisamment faible pour limiter l'épaisseur de la gaine 20 et ainsi le coût et le diamètre du câble et tout en conservant une direction de 15 pliage préférée du câble. De manière classique, il est requis par les équipementiers qu'un câble de télécommunication puisse supporter une courbure au moins égale à vingt fois son diamètre. Par ailleurs, dans le cas d'éléments de renfort 70 constitués par des GRP, la fiche technique constructeur indique une limite de courbure correspondante à un d'allongement de la fibre tendue de 2% à température ambiante 20 à court terme et 1% à plus haute température ou à long terme. Ces contraintes servent d'entrée pour le calcul des valeurs précises de largeur L et de hauteur H des éléments de renfort 70 pour un câble donné. Le tableau I qui suit montre trois exemples de réalisation d'un câble selon l'invention par comparaison avec trois câbles existants commercialisés par la société 25 demanderesse et qui sont du type du câble illustré schématiquement sur la figure 1. Les quatre premières lignes reportent des paramètres de dimension des câbles existants ; les quatre lignes suivantes fournissent des paramètres de dimension de câbles selon l'invention et la dernière ligne indique la quantité de matière de gaine économisée dans les câbles de l'invention par rapport aux câbles connus 30 commercialisés. 12:ABrevets\25100\25121--060804-texte depot.doc 2904876 Tableau I Câbles de l'Art Antérieur Câble 1 Câble 2 Câble 3 Diamètre intérieur gaine (mm) 5,9 7,3 8,5 Epaisseur gaine extérieur au renfort (mm) 0,5 0,5 0,5 Diamètre élément de renfort circulaire (mm) 1,8 2,1 2,5 Diamètre total câble (mm) 11,5 13,5 15,5 Câbles de l'invention EX 1 EX 2 EX 3 Diamètre intérieur gaine (mm) 5,9 7,3 8,5 Epaisseur gaine extérieur au renfort (mm) 0,5 0,5 0,5 Largeur élément de renfort (mm) 1,32 1,53 1, 89 Longueur élément de renfort (mm) 2,21 2,59 3,00 Rapport hauteur sur largeur (H/L) 1,68 1,70 1,59 Diamètre total câble (mm) 10,54 12,36 14,29 Quantité de matière de gaine économisée 16,66 23,23 28,42 (kg/km) Le tableau montre bien que le câble selon l'invention présente un diamètre total réduit pour une même taille de cavité interne recevant les micromodules de 5 fibres optiques, et pour une section de porteur équivalente, tout en restant capable d'un diamètre de courbure égal à vingt fois le diamètre du câble. Il en résulte un gain de matière de la gaine, ce qui permet de réduire le coût de fabrication du câble. La surface en coupe des éléments de renfort 70 selon l'invention pourrait même être réduite par rapport à la surface en coupe des éléments de renfort 10 circulaires 50 comme illustré sur la figure 1 car le fait de réduire la quantité de gaine 20 nécessaire autour du câble réduit les forces de contraction et de dilatation dues aux variations de température; le coût des éléments de renfort 70 serait ainsi diminué. Ainsi, le câble selon l'invention présente un rapport de robustesse important, avec une surface en coupe des éléments de renfort équivalente à la surface 15 en coupe d'éléments de renfort circulaires équivalents (un élément de renfort circulaire ayant la même valeur de CSA que l'élément de renfort allongé considéré) R:ABrevets\25100\25121--060804-texte depot.doc 8 2904876 -9 pour une surface en coupe de la gaine diminuée par rapport aux câbles de l'art antérieur. On peut approximer la surface en coupe de chaque élément de renfort 70 à celle d'un rectangle auquel sont accolés demi-disques, soit un rectangle de 5 dimensions L x (H-L) avec deux demi-disques de diamètre L accolés de part et d'autre; la surface en coupe CSA (pour Cross Section Area en anglais) de chaque élément de renfort peut alors s'exprimer comme suit : CSArentor[ =Lx(HùL)+ i(LZ) La surface en coupe CSA de la gaine 20 peut s'exprimer alors comme suit : 10 CSAgaine = (De 2 ù Di z )ù 2CSArenfort Avec, De : Diamètre extérieur de la gaine Di : Diamètre intérieur de la gaine Le rapport de robustesse du câble, défini comme le rapport de la surface en coupe des éléments de renfort 70 sur la surface en coupe de la gaine 20, peut être 15 compris entre 8 et 15 pour une épaisseur de gaine comprise entre 18 et 25 % du diamètre du câble. La relation entre le rapport de robustesse et le rapport d'épaisseur gaine/diamètre câble n'est cependant pas universelle et diffère selon le type d'élément de renfort utilisé (acier ou GRP), selon la distance des éléments de renfort 20 à la périphérie extérieure de la gaine et selon le diamètre d'un élément de renfort circulaire équivalent. Les valeurs de robustesse mentionnées ci-dessus sont représentatives de câbles ayant des diamètres allant de 7-8 mm jusqu'à plus de 15 mm avec des éléments en GRP situés à une distance de la périphérie extérieure de la gaine allant de 0,3 jusqu'à 0,8 mm et pour des élément de renfort circulaires 25 équivalents usuels . Le rapport de robustesse ne doit pas être trop élevé si l'on veut obtenir une structure stable aux basses températures. Ceci est facilité par l'emploi d'éléments de renfort ayant une section transversale de forme allongée car la section de gaine est proportionnellement plus faible. II est d'ailleurs intéressant de constater le rapport de R:\Brevets\25100\25121--060804-texte depot.doc 5 2904876 -10- robustesse est amélioré de 23 à 25% dans les trois exemples mentionnés dans le tableau ci-dessus. R:ABrevets\25I00\25121--060804texte depot.doc REVENDICATIONS 1. Un câble de télécommunication à fibres optiques comprenant : - une cavité centrale longitudinale recevant des micromodules (10) groupant des fibres optiques; - une gaine (20) entourant la cavité centrale; - deux éléments de renfort (70) disposés longitudinalement dans la gaine (20) et définissant un axe de pliage du câble, chaque éléments de renfort (70) présentant une forme allongée en coupe transversale avec une hauteur (H) perpendiculaire à l'axe de pliage et une largeur (L), le rapport de la hauteur sur la largeur (H/L) de chaque élément de renfort étant strictement supérieur à 1 et inférieur ou égal à 2. 2. Le câble de la revendication 1, dans lequel le rapport de la hauteur sur la largeur (H/L) de chaque élément de renfort (70) est compris entre 1,5 et 1,75. 3. La câble de la revendication 1 ou 2, dans lequel chaque élément de renfort (70) est éloigné de la périphérie extérieure de la gaine et de la périphérie intérieure de la gaine d'une distance supérieure ou égale à 0,3 mm. 4. Le câble de l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les éléments de renfort (70) sont constitués d'un matériau ou composite présentant un module de compression axiale supérieure ou égale à 40 000 Mpa. 5. Le câble de l'une des revendications 1 à 4, dans lequel les éléments de renfort (70) sont constitués d'un matériau ou composite présentant un coefficient de dilatation thermique inférieur ou égal à 5.10-5 K-'. R:ABrevets\25I00\25121--060804-teste depot.doc 2904876 - 12 - 6. Le câble de l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la surface en coupe (CSA) de chaque élément de renfort s'exprime comme suit : CSArenfort = L x (H û L)+ 1 4 (LZ ) R:\Brevets\25100\25121--060804-texte depot.doc