Brevet FR2926640A1 — publié le 20090724

FIBRE OPTIQUE GAINEE ET CABLE DE TELECOMMUNICATION La présente invention concerne le domaine des câbles de télécommunication à fibres optiques et plus particulièrement des câbles dits à fibres gainées dans 5 lesquelles chaque fibre optique est gainée. Les câbles à fibres gainées sont connus sous l'expression anglaise de � buffered optical fiber cable � et ont notamment été décrits dans les documents US-A-3 980 390 et US-A-4 629 286. De manière connue en soi, une fibre optique présente un coeur central, ayant 10 pour fonction de transmettre et éventuellement d'amplifier un signal optique, et d'une gaine optique, ayant pour fonction de confiner le signal optique dans le coeur. La fibre présente également un revêtement de protection composé d'un matériau polymère photoréticulable qui apporte protection mécanique et étanchéité à la fibre optique. La fibre optique, avec son revêtement, présente des dimensions 15 standardisées afin de permettre un couplage optique avec d'autres fibres et/ou des connecteurs de modules optiques. Typiquement, une fibre monomode présente un diamètre standardisé de 125 �m pour le guide optique et de 250 gm avec le revêtement. Une fibre optique gainée présente, outre le revêtement, une gaine de protection entourant la fibre revêtue. Cette gaine de protection est extérieure au 20 revêtement de la fibre et n'est pas comparable à la gaine optique de la fibre qui entoure le coeur central. La gaine de protection extérieure peut être constituée d'un matériau thermoplastique et permet d'augmenter le diamètre extérieur de la fibre à une valeur standardisée de 900 �m. Les câbles à fibres gainées peuvent être utilisés pour des réseaux de 25 telecommunication intérieurs. Un accès individuel à chaque fibre doit être possible, rapidement et facilement, pour une distribution dans un immeuble donné. A cet effet, des opérateurs pratiquent une dérivation dans le câble de télécommunication ; une ouverture est pratiquée dans le câble et une ou plusieurs fibres sont prélevées pour alimenter en signal un système optique donné. Le diamètre augmenté à 900 tm de la 30 fibre gainée permet une manipulation de la fibre ainsi dérivée plus aisée et une connexion directe avec certains modules optiques. R:\Brevets\27300\27349--0801 18-texte depot.doc -2- Il existe des câbles à fibres gainées serrées, connues sous l'expression anglaise de � tight buffered fiber �, dans lesquelles la gaine de protection adhère fortement au revêtement de la fibre. Une telle structure est robuste et reste stable sur toute la plage de température d'utilisation du câble, soit typiquement de -40°C à +70°C. Une telle structure ne permet cependant pas d'accéder à la fibre de 250 �m sur plus de quelques centimètres. De fait, lorsque la gaine de protection est retirée, du fait de la forte adhérence avec le revêtement, le revêtement de la fibre est également arraché laissant le guide optique à nu. Cela peut représenter un inconvénient lorsque l'on désire lover des fibres dégainées dans un boîtier par exemple. Il existe aussi des câbles à fibres gainées semi serrées, connues sous l'expression anglaise de �semi tight buffered fiber �, dans lesquelles la gaine de protection est découplée du revêtement de la fibre par un interstice d'air ou de gel de remplissage par exemple. Une telle structure permet de retirer la gaine de protection sans endommager le revêtement de la fibre mais n'est pas stable sur toute la plage de température d'utilisation du câble. En effet, le matériau thermoplastique de la gaine de protection est sujet à des déformations dues aux variations de température, ce qui introduit une contrainte axiale sur la fibre gainée et provoque une augmentation de l'atténuation. La contraction de la gaine sous l'effet d'une baisse de température peut aussi introduire un � effet piston � en extrémité de fibre dérivée qui rend délicate toute opération de connexion à un module optique. Le découplage de la gaine de protection et du revêtement de la fibre pose également un problème lors des opérations de dérivation. Pour dériver une fibre gainée, l'opérateur tire la fibre à travers une fenêtre de dérivation; cette force de traction est appliquée sur la gaine de protection qui peut s'allonger élastiquement et provoquer un décalage entre la longueur de la fibre optique dérivée par rapport à la longueur de la gaine de protection tirée. Un tel décalage provoque aussi une atténuation dans le signal optique transmis par la fibre. On a donc cherché à réaliser des fibres optiques gainées avec une gaine de protection qui soit suffisamment couplée au revêtement de la fibre pour éviter tout décalage mais qui puisse être facilement retirée sans endommager le revêtement afin de permettre un accès à la fibre de 250 �m sur au moins un mètre. R:\Brevets\27300'27349--080118-texte depot.doc -3 Le document US-A-5 181 268 décrit une fibre optique gainée comprenant une couche intermédiaire entre le revêtement de la fibre de 250 Etm et la gaine de protection de 900 �m. La couche intermédiaire permet de réduire la friction entre la gaine de protection et le revêtement afin de faciliter le retrait de la gaine sans endommager le revêtement. Ce document propose une couche intermédiaire composée d'un lubrifiant solide et d'un liant. Le lubrifiant peut être du TEFLON et le liant peut être un polymère acrylique. La couche intermédiaire proposée dans le document US-A-5 181 268 ne peut pas être extrudée en tandem avec la gaine de protection mais nécessite une application spécifique. II est notamment nécessaire de passer la fibre revêtue de la couche intermédiaire dans un four de séchage avant d'ajouter la gaine de protection extérieure. La couche intermédiaire du document US-A-5 181 268 complexifie le procédé de fabrication du câble et augmente son prix. En outre, le TEFLON contient du Fluor (polytetrafluorethylene) et ne constitue donc pas un matériau sans halogène. Or, certaines législations, et notamment la législation européenne, imposent de n'utiliser que des matériaux sans halogènes pour des installations d'intérieur. Le câble du document US-A-5 181 268 ne conviendrait donc pas à un câblage d'immeuble conforme à ces réglementations. Le document EP-A-O 690 033 décrit aussi une fibre optique gainée comprenant une couche intermédiaire entre le revêtement de la fibre de 250 �m et la gaine de protection de 900 �m. Ce document indique que la couche intermédiaire du document US-A-5 181 268 n'adhère pas suffisamment au revêtement de la fibre, ne permet pas une fabrication en ligne à grande vitesse et n'est pas assez uniforme. Pour résoudre ces problèmes identifiés, le document EP-A-O 690 033 propose une couche intermédiaire réticulée comprenant du polyéthylène ultra haute densité (UHMWPE) ou du TEFLON mélangé à un liant photo-réticulable tel qu'un polymère d'uréthane. Le document US-A-6 775 443 décrit aussi une fibre optique gainée comprenant une couche intermédiaire entre le revêtement de la fibre de 250 �m et la gaine de protection de 900 �m. Ce document propose une couche intermédiaire réticulée comprenant une matrice d'uréthane d'acrylate comprenant des oligomères, des monomères, un photo initiateur et un anti-oxydant en combinaison avec une substance réactive liquide de libération, telle que du silicone liquide. R:\Brevets\27300\27349--080118-texte depot.doc -4 Les couches intermédiaires proposées dans les documents EP-A-O 690 033 et US-A-6 775 443 doivent être réticulées; un passage sous lampes UV doit donc être prévu et l'application de la couche intermédiaire ne peut pas être facilement tandémisée avec l'extrusion de la gaine de protection extérieure. En outre, les matériaux photo-réticulables sont relativement onéreux. Il existe donc un besoin pour une fibre optique gainée comprenant une couche intermédiaire qui puisse être appliquée sans ralentir le procédé de fabrication de la fibre et présentant un coût limité. La couche intermédiaire doit garantir un bon couplage entre le revêtement de la fibre et la gaine de protection extérieure pour éviter tout décalage de la gaine par rapport à la fibre, sans apporter de contraintes mécaniques sur la fibre et doit permettre de retirer rapidement et facilement la gaine de protection sans endommager le revêtement de la fibre. A cet effet, l'invention propose d'utiliser un matériau thermofusible pelable pour réaliser la couche intermédiaire. Un tel matériau ne nécessite aucun séchage et aucune réticulation et peut être appliqué en même temps que la gaine de protection extérieure. L'invention propose plus particulièrement une fibre optique gainée comprenant : - un coeur central entouré d'une gaine optique ; un revêtement entourant la gaine optique ; - une gaine de protection entourant le revêtement ; - une couche intermédiaire entre le revêtement et la gaine de protection, ladite couche intermédiaire étant composée d'un matériau thermofusible pelable. Selon les modes de réalisation, la fibre selon l'invention peut comprendre en outre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le matériau de la couche intermédiaire présente une température de ramollissement supérieure à +70°C ; - le matériau de la couche intermédiaire présente une température de 30 transition vitreuse inférieure à -40°C ; - la couche intermédiaire est translucide ; R:\Brevets\27300\27349--080118-texte depot.doc - 5 la couche intermédiaire présente une épaisseur comprise entre 15 tm et 35�m; le matériau de la couche intermédiaire est un thermoplastique ayant la consistance d'un gel souple sur une plage de température comprise entre -40°C et +70°C ; le matériau de la couche intermédiaire comprend des polymères synthétiques hydrocarbonés ; - le matériau de la gaine de protection est choisi parmi du polybutylène terephtalate (PBT), du polybutylène terephtalate nucléé, du polybutylène terephtalate à faible retrait, du polyamide 12 (PAl2), du polyamide 12 amorphe, du polyamide 11, du polychlorure de vinyl (PVC), du nylon, du polyetylène (PE), des matériaux retardateur de flamme sans halogène (HFFR), un polymère d'uréthane, du polyester ou un mélange de ceux-ci ; L'invention concerne aussi un câble de télécommunication comprenant une pluralité de fibres optiques gainées selon la présente invention. L'invention concerne en outre un procédé de fabrication d'une fibre optique gainée comprenant les étapes consistant à : étirer une préforme de fibre optique pour former un coeur central et une gaine optique et appliquer un revêtement entourant la gaine optique; - extruder sur la fibre revêtue une couche intermédiaire et une gaine de protection extérieure ; ladite couche intermédiaire étant composée d'un matériau thermofusible pelable. Selon un mode de réalisation, l'étape d'extrusion de la couche intermédiaire est réalisée en tandem avec l'extrusion de la gaine de protection. Cette étape d'extrusion peut être réalisée à une température comprise entre 130°C et 160°C. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture 30 de la description qui suit de modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple et en référence aux figures annexées qui montrent : R: \Brevets\27300\27349--080 1 I8-texte depot.doc - b figure 1, une vue en coupe transversale d'une fibre optique gainée selon l'invention ; - figure 2, un câble de fibres optiques gainées. La figure 1 montre une fibre optique gainée selon l'invention. La fibre optique gainée 10 comprend un coeur central 11 entouré d'une gaine optique 12 et un revêtement 13. Le coeur central 10 de la fibre optique monomode présente un diamètre standardisé de 8 à 9 Etm et la fibre optique avec son revêtement 13 présente un diamètre externe standardisé à 250 �m. La figure 1 est schématique et les échelles ne sont pas respectées. La fibre selon l'invention est gainée, c'est-à-dire qu'elle présente en outre une gaine de protection 15 entourant le revêtement 13. Cette gaine de protection 15 augmente le diamètre externe de la fibre à une valeur standardisée de 9001.1m. Typiquement, le revêtement 13 de la fibre comprend une ou plusieurs 15 couches de résines acrylates photo réticulées. Le revêtement 13 peut être coloré afin de faciliter le repérage des fibres dans le câble. La gaine de protection 15, connue sous l'expression anglaise de �buffer �, est typiquement constituée d'un matériau thermoplastique ou d'uréthane d'acrylate. I1 est notamment connu de réaliser la gaine de protection 15 avec un matériau choisi 20 parmi du polybutylène terephtalate (PBT), du polybutylène terephtalate nucléé, du polybutylène terephtalate à faible retrait, du polyamide 12 (PAl2), du polyamide 12 amorphe, du polyamide 11, du polychlorure de vinyl (PVC), du nylon, du polyetylène (PE), des matériaux retardateur de flamme sans halogène (HFFR), un polymère d'uréthane, du polyester ou un mélange de ceux-ci. 25 La fibre selon l'invention comprend en outre une couche intermédiaire 14 située entre le revêtement 13 de la fibre optique et la gaine de protection extérieure 15. Selon l'invention, cette couche intermédiaire 14 est composée d'un matériau thermofusible pelable. Par matériau thermofusible, on entend un matériau qui devient fluide sous l'effet de la chaleur ; un tel matériau est généralement désigné en anglais 30 par l'expression �hot melt �. Par matériau pelable, on entend un matériau de protection temporaire pouvant être retiré sans laisser de traces ; un tel matériau est généralement désigné en anglais par l'expression � seal and peel �. R:\Brevets\27300\27349--080118-texte depot.doc -7 La couche intermédiaire 14 peut être formée à partir d'un gel thermoplastique, comme par exemple un gel thermoplastique formulé à partir de polymères synthétiques hydrocarbonés. Un tel matériau est notamment commercialisé par la société Henkel� sous la référence Macroplast CF 405. Un tel matériau présente la consistance d'un gel souple sur toute la plage de température opérationnelle du câble, soit typiquement de -40°C à +70°C. La souplesse du matériau de la couche intermédiaire permet de limiter les contraintes mécaniques sur la fibre tout en garantissant un bon couplage entre le revêtement de la fibre et la gaine de protection extérieure. L'utilisation d'un matériau thermoplastique tel que défini ci-dessus permet d'extruder la couche intermédiaire en même temps que la gaine de protection extérieure 15. L'introduction de la couche intermédiaire 14 dans la fibre gainée ne nécessite donc qu'un fondoir et un injecteur et ne requière pas une étape de fabrication supplémentaire. Le coût du matériau thermofusible pelable est en outre moindre que celui d'un matériau réticulable. Le coût de fabrication de la fibre gainée selon l'invention est donc réduit par rapport aux solutions décrites dans l'art antérieur. Le matériau de la couche intermédiaire 14 présente une température de ramollissement supérieure à +70°C, soit supérieure au maximum de la plage de température d'utilisation de la fibre gainée. Le matériau de la couche intermédiaire 14 présente en outre une température de transition vitreuse inférieure à -40°C, soit inférieure au minimum de la plage de température d'utilisation de la fibre gainée. Le matériau de la couche intermédiaire 14 reste donc stable dans toute la plage de température d'utilisation des fibres optiques selon l'invention. A titre d'exemple, la température de ramollissement du CF 405 est d'environ +97°C et la température de transition vitreuse du CF 405 est de -80°C. La couche intermédiaire 14 de la fibre selon l'invention constitue une interface entre le revêtement 13 de la fibre et la couche de protection extérieure 15. L'épaisseur de la couche intermédiaire 14 peut être comprise entre 15 ltm et 35 �m. L'épaisseur de la couche intermédiaire ne doit pas être trop importante afin de ne pas trop diminuer l'épaisseur de la gaine de protection extérieure 15 qui présente un diamètre extérieur standardisé. Une diminution trop importante de l'épaisseur de la R: \Brevets\27300\27349--080 1 18-texte depot.doc -8 gaine de protection extérieure aurait des effets nuisibles de perte de résistance mécanique de la fibre gainée. L'épaisseur de la couche intermédiaire 14 doit cependant être suffisante pour assurer le couplage attendu entre la gaine de protection extérieure et la fibre optique. Le matériau choisi pour cette couche intermédiaire 14 présente une consistance souple de manière à assurer un bon couplage entre la gaine de protection 15 et la fibre optique sans induire de contraintes sur la fibre. Par exemple, la dureté du gel Macroplast CF 405 a été évaluée par une mesure dite de pénétrabilité au cône. L'équipement utilisé pour la mesure est celui décrit dans la norme française NFT60- 119. Pour un temps d'application de 5 secondes, les pénétrabilités mesurées ont été de 70 dixièmes de mm à 20°C, de 35 dixièmes de mm à -40°C et de 140 dixièmes de mm à 70°C. Ainsi, sur la plage de température opérationnelle d'un câble à fibres optiques (-40/+70°C), le gel de la couche intermédiaire a gardé une consistance souple permettant de ne pas amener de contraintes sur la fibre, notamment aux basses températures. Le matériau choisi pour cette couche intermédiaire 14 permet aussi d'assurer un bon décollage de la gaine de protection 15 sans endommager le revêtement 13 de la fibre. Le demandeur a effectué des essais avec une couche intermédiaire 14 d'une épaisseur de 25 tm constituée de Macroplast CF 405 de la société Henkel� et une gaine extérieure en PAl2. Des portions de gaine de protection de 100 mm de long ont été dénudées laissant apparaître le revêtement de la fibre propre et sans dommages. En moins d'une minute, plus d'un mètre de fibre ont pu être ainsi dégainés sans endommager la fibre optique de 250 �m. Le matériau de la couche intermédiaire 14 est en outre compatible avec tout matériau susceptible d'être utilisé pour constituer la gaine de protection extérieure 15. Le polyamide 12 (PA 12) peut être avantageusement utilisé pour constituer la gaine de protection 15 en combinaison avec le Macroplast CF 405 pour la couche intermédiaire 14 car ces deux matériaux sont translucides et la couleur du revêtement 13 de la fibre est alors visible à travers la gaine de protection 15 ; il n'est pas nécessaire de colorer la gaine de protection 15 pour aider à l'identification des fibres dans le câble. R:\Brevets\27300\27349--080118-texte depot.doc -9 La figure 2 montre une coupe transversale d'un câble de télécommunication 20 comprenant des fibres optiques gainées 10. De manière connue en soi, un câble de télécommunication présente une âme centrale 21 recevant des fibres optiques. Les fibres optiques peuvent être libres ou groupées en modules ou micromodules, et elles peuvent être gainées ou non. Sur la figure 2, les fibres optiques 10 sont gainées et libres avec une couche intermédiaire située entre le revêtement de la fibre et la gaine extérieure, cette couche intermédiaire étant composée d'un matériau thermofusible pelable. Le câble de la figure 2 comprend aussi une gaine 22 entourant l'âme centrale 21. La gaine 22 du câble 20 peut être en polymère, généralement en matériau retardateur de flamme sans halogène (HFFR). La gaine 22 du câble 20 contient des éléments de renfort 23 pour limiter les déformations du câble dues aux efforts de traction, par exemple lors de la pose du câble en conduite, et 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 induits par la gaine 22. Le câble de télécommunication selon l'invention est particulièrement bien adapté pour une distribution d'un réseau de télécommunication optique dans un immeuble par exemple. La dérivation de fibres vers un système optique à partir du câble de la figure 2 s'opère de la manière suivante : deux découpes sont pratiquées dans la gaine 22 du câble afin de créer une première ouverture par laquelle une fibre 10 est coupée et une seconde ouverture par laquelle la fibre 10 coupée est tirée pour être dérivée. On cherche à dériver des fibres sur 20 mètres environ. Le taux de remplissage du câble ne doit donc pas être trop important. La couche intermédiaire 14 de la fibre gainée 10 selon l'invention permet d'éviter tout décalage de la fibre par rapport à la gaine extérieure 15 sur laquelle la force de traction est principalement exercée. Lorsque la fibre est dérivée, on veut pouvoir accéder à la fibre de 250 �m. Pour cela, on dégaine la fibre 10, c'est-à-dire que l'on arrache la gaine de protection extérieure 15. Grâce à la couche intermédiaire 14, cette opération de déchirure de la gaine de protection 15 peut être conduite sur une longueur de plus d'un mètre sans dommage pour la fibre. La fibre de 250 tm R:\Brevets\27300\27349--080118-texte depot.doc -10- peut alors être stockée dans un boîtier optique avec un encombrement moindre que celui d'une fibre gainée de 900 �m. Par ailleurs, la fibre selon l'invention est fabriquée en utilisant les équipements disponibles et sans ajouter une étape supplémentaire. De manière connue en soi, une fibre optique est fabriquée par fibrage à partir d'une préforme de fibre optique qui détermine le coeur central et la gaine optique de la fibre. Un revêtement, généralement une résine photo-réticulable colorée, est appliqué en ligne du fibrage. Après réticulation du revêtement 13 de la fibre, une gaine de protection 15 peut être extrudée autour de la fibre. Selon l'invention, une couche intermédiaire 14, en matériau thermofusible pelable, est extrudée en tandem avec la gaine de protection 15. L'opération d'extrusion de la couche intermédiaire peut être conduite à une température comprise entre 130°C et 160°C, de préférence environ 140°C. Aucune étape de séchage ou de réticulation supplémentaire n'est nécessaire. Le coût de fabrication de la fibre selon l'invention est ainsi limité. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits à titre d'exemple; en particulier, l'invention n'est pas limitée aux valeurs des diamètres indiqués. De nouveaux standards non adoptés à ce jour pourraient imposer d'autres valeurs de diamètre de fibre ou de diamètre de gaine de protection sans exclure que l'invention puisse être appliquée et l'invention peut être appliquée à une fibre optique ne répondant pas aux critères des standards. De même, les matériaux cités pour le revêtement ou la gaine de protection extérieure peuvent être différents de ceux mentionnés à titre d'exemple dans la description ci-dessus. R:\Brevets\27300\27349--080118-texte depot.doc REVENDICATIONS 1. Une fibre optique gainée (10) comprenant : - un coeur central (11) entouré d'une gaine optique (12) ; - un revêtement (13) entourant la gaine optique ; - une gaine de protection (15) entourant le revêtement ; - une couche intermédiaire (14) entre le revêtement et la gaine de protection, ladite couche intermédiaire étant composée d'un matériau thermofusible pelable. 2. La fibre optique de la revendication 1, dans laquelle le matériau de la couche intermédiaire (14) présente une température de ramollissement supérieure à +70°C. 3. La fibre optique de la revendication 1 ou 2, dans laquelle le matériau de la couche intermédiaire (14) présente une température de transition vitreuse 15 inférieure à -40°C. 4. La fibre optique de l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle la couche intermédiaire (14) est translucide. 5. La fibre optique de l'une des revendications 1 à 4, dans laquelle la couche intermédiaire (14) présente une épaisseur comprise entre 15 �m et 35 �m. 20 6. La fibre optique de l'une des revendications 1 à 5, dans laquelle le matériau de la couche intermédiaire (14) est un thermoplastique ayant la consistance d'un gel souple sur une plage de température comprise entre -40°C et +70°C. 7. La fibre optique de la revendication 6, dans laquelle le matériau de la 25 couche intermédiaire (14) comprend des polymères synthétiques hydrocarbonés. R:ABrevets\27300\27349--080 1 1 8-texte depot.doc - 12- 8. La fibre optique de l'une des revendications 1 à 7, dans laquelle le matériau de la gaine de protection (15) est choisi parmi du polybutylène terephtalate (PBT), du polybutylène terephtalate nucléé, du polybutylène terephtalate à faible retrait, du polyamide 12 (PAl2), du polyamide 12 amorphe, du polyamide 11, du polychlorure de vinyl (PVC), du nylon, du polyetylène (PE), des matériaux retardateur de flamme sans halogène (HFFR), un polymère d'uréthane, du polyester ou un mélange de ceux-ci. 9. Un câble de telecommunication comprenant une pluralité de fibres optiques gainées selon d'une des revendications 1 à 8. 10. Un procédé de fabrication d'une fibre optique gainée comprenant les étapes consistant à : - étirer une préforme de fibre optique pour former un coeur central et une gaine optique (12) et appliquer un revêtement (13) entourant la gaine optique; - extruder sur la fibre revêtue une couche intermédiaire (14) et une gaine de protection (15) extérieure ; ladite couche intermédiaire (14) étant composée d'un matériau thermofusible pelable. 11. Le procédé de la revendication 10, dans lequel l'étape d'extrusion de la couche intermédiaire (14) est réalisée en tandem avec l'extrusion de la gaine de protection (15). 12. Le procédé de la revendication 10 ou Il, dans lequel l'étape d'extrusion de la couche intermédiaire (14) est réalisée à une température comprise entre 130°C et 160°C. R:\Brevets\27300\27349--080118-texte depot.doc