Brevet FR3118205A1 — publié le 20220624

L’invention concerne un câble (1, 100) de télécommunication, notamment sous-marin, comprenant : un noyau (2) comprenant une pluralité de fibres optiques (3), une armature intérieure (7) agencée radialement autour du noyau (2), l’armature intérieure(7) comprenant une pluralité de fils d’acier (8), une gaine intermédiaire (6) agencée radialement entre le noyau (2) et l’armature intérieure (7), et une gaine de protection (9) en matériau polymère agencée radialement autour de l’armature intérieure (7), caractérisé en ce que le câble (1, 100) comprend en outre au moins une fibre optique capteur (10, 12) agencée entre le noyau (2) et la gaine de protection (9). L’invention concerne également un procédé de mesure de déformations mécaniques subis par un tel câble de télécommunication. Figure pour abrégé : [Fig.1] Câble de télécommunication hybride La présente invention concerne un câble de télécommunication, notamment un câble de télécommunication sous-marin. Elle concerne également un procédé de mesure de déformations mécaniques subis par un tel câble de télécommunication. Le domaine de l'invention est, de manière non limitative, celui de la télécommunication. État de la technique Des fibres optiques peuvent être utilisées pour la mise en œuvre de détecteurs pour diverses quantités physiques. Lorsqu’une impulsion lumineuse de mesure se propage dans une fibre optique, la lumière rétrodiffusée sur des sites de diffusion peut être utilisée pour détecter des déformations, des mouvements ou des vibrations de la fibre. De tels fibres optiques capteurs trouvent notamment application dans la surveillance du degré d’usure de câbles de courant électrique. De tels câbles peuvent par exemple relier des installations flottantes offshore, tels que des éoliennes en mer, à des installations terrestres. Ces câbles sous-marins subissent notamment le mouvement plus ou moins permanent transmis par les vagues. Pour surveiller ces câbles électriques, une ou plusieurs fibres optiques capteur peuvent être insérées dans le câble pour ainsi suivre et détecter ses mouvements et contraintes. Une autre application de fibres optiques capteur est la surveillance sismique. Pour cela, des câbles de télécommunication terrestres ou sous-marins sont utilisés pour détecter des mouvements lents du sol ou des fonds marins. Dans ce cas, une ou plusieurs fibres optiques dédiées à la transmission de données de télécommunication sont également destinées pour transmettre des impulsions de mesure. Des techniques mises en œuvre pour effecteur de telles opérations de surveillance sont de type réflectométrie et interférométrie laser et incluent, par exemple, la DAS (pour distributed accoustic sensing , détection acoustique distribuée) et la FMI (pour Frequency Metrology Interferometry , interférométrie de métrologie de fréquence). Cependant, toute utilisation des fibres télécom pour faire de la DAS ou de la FMI réduit la bande passante du câble. Ceci peut amener un risque de compromission de la sécurité ou confidentialité des données télécom transmises. Ainsi, en règle générale, les opérateurs télécom ne permettent pas l’accès à leurs câbles pour des fins scientifiques ou de recherche fondamentale. L’invention a pour objet de proposer un câble de télécommunication, notamment sous-marin, pouvant pallier ces inconvénients. Un but de la présente invention est de proposer un câble de télécommunication permettant d’être mis en œuvre dans la cadre de la recherche scientifique sans compromettre la sécurité des données télécom transmises. Un autre but de la présente invention est de proposer un câble de télécommunication permettant de surveiller l’intégrité mécanique ainsi que l’état de santé de celui-ci. Il est encore un but de la présente invention de proposer un câble de télécommunication pouvant être mis en œuvre dans le cadre de la surveillance sismique. Au moins un de ces buts est atteint avec un câble de télécommunication, notamment sous-marin, comprenant : un noyau comprenant une pluralité de fibres optiques, une armature intérieure agencée radialement autour du noyau, l’armature intérieure comprenant une pluralité de fils d’acier, une gaine intermédiaire agencée radialement entre le noyau et l’armature intérieure, et une gaine de protection en matériau polymère agencée radialement autour de l’armature intérieure, le câble comprenant en outre au moins une fibre optique capteur agencée entre le noyau et la gaine de protection. Le câble de télécommunication selon la présente invention est un câble hybride comprenant à la fois des fibres optiques dans le noyau, dédiées à la télécommunication, ainsi qu’au moins une fibre optique capteur agencée entre le noyau et la gaine de protection. Cette au moins une fibre optique capteur est une fibre optique supplémentaire qui n’est pas destinée à la transmission de données de télécommunication, mais uniquement à une fonction de capteur. L’agencement de la fibre capteur à la fois hors du noyau et à l’intérieur de la gaine de protection permet une bonne protection de la fibre capteur contre les forces imposées aux câble de télécommunication (courbure, manipulation du câble, chocs éventuels, etc.), tout en gardant une bonne sensibilité de la fibre capteur pour capter les contraintes et sollicitations du câble. L’intégration d’une ou plusieurs fibres optiques capteur dans un câble de télécommunication, notamment sous-marin, ouvre un vaste champ d’applications, basées sur la détection des déformations lentes ou rapides du câble ainsi que d’éventuels dommages. Ces mesures peuvent être résumées en tant que mesures environnementales, concernant l’environnement du câble. Un tel câble permet notamment d’effecteur de la surveillance ou des mesures dans des endroits qui ne sont pas accessibles autrement, notamment pour la surveillance sismique ou pour l’observation du mouvement des fonds marins. Il est également possible de contrôler et surveiller l’état de santé du câble de télécommunication, c’est-à-dire suivre des éventuelles dégradations progressives avec le temps, et de détecter d’éventuelles dégradations volontaires ou involontaires extérieures. Toutes ces dégradations peuvent en effet compromettre l’intégrité du câble et/ou la confidentialité des données transportées. Le câble de télécommunication selon l’invention permet de complètement découpler la transmission des données de télécom des mesures environnementales du câble. Selon un mode de réalisation avantageux, l’au moins une fibre optique capteur peut être agencée dans un tube métallique, le tube métallique faisant partie de l’armature intérieure. Dans ce cas, la fibre optique capteur est particulièrement bien protégée d’éventuelles dégradations mécaniques. La construction du câble n’est que légèrement modifiée par rapport à un câble standard. Selon un mode de réalisation, au moins deux fibres optiques capteur sont agencées dans un tube métallique, le tube métallique faisant partie de l’armature intérieure. La présence d’au moins deux fibres capteur permet de la redondance dans le cas d’une quelconque défaillance de l’une des fibres capteur. Selon un premier exemple, les fibres optiques capteur peuvent être agencées de manière serrée l’une contre l’autre, selon une configuration dite serrée. La configuration serrée est particulièrement bien adaptée pour mettre en œuvre la technique de la BOTDR (pour Brillouin Optical Time Domain Reflectometry , réflectométrie optique Brillouin dans le domaine temporel). La technique de la BOTDR est particulièrement adaptée pour la détection de la déformation des fonds marins due à l’activité de failles sous-marines, ainsi que pour établir et suivre l’état de santé du câble de télécommunication lui-même. La technique de la BOTDR permet notamment d’observer des changements soudains, ou progressifs/lents (par exemple de l’ordre de quelques centimètres par jour, par mois ou par an). De manière générale, la BOTDR permet de mesurer des changements sur des fréquences bases inférieures à 1 Hz. La configuration serrée est appelée tightly bound en anglais. Selon un deuxième exemple, les fibres optiques capteur peuvent être agencées de manière libre l’une par rapport à l’autre, selon une configuration dite libre. La configuration libre est particulièrement bien adaptée pour mettre en œuvre la technique de la DAS (détection acoustique distribuée) ou de la FMI (interférométrie de métrologie de fréquence). Les techniques de la DAS et de la FMI sont particulièrement adaptées pour la surveillance sismique. Ainsi, il est possible de détecter des séismes ayant lieu à des grandes distances, par exemple de plusieurs centaines de kilomètres, des côtes, où dans des endroits sans stations sismologiques. La surveillance sismique et la performance de systèmes d’alerte sismique peuvent donc être améliorées. La technique de la DAS permet également le monitoring du câble de télécommunication lui-même, en détectant des dégradations involontaires et/ou des intrusions volontaires. Les techniques de la DAS et de la FMI permettent notamment d’observer des changements rapides, par exemple des sollicitations plus courtes qu’une seconde, c’est à dire d’une fréquence de >1 Hz). La configuration libre est appelée loosely bound en anglais. Selon un mode de réalisation avantageux, au moins deux fibres optiques capteur peuvent être agencées de manière serrée l’une contre l’autre, selon la configuration dite serrée, dans un premier tube métallique, et au moins deux fibres optiques capteur peuvent être agencées de manière libre l’une par rapport à l’autre, selon la configuration dite libre, dans un deuxième tube métallique. Les premier et deuxième tubes métalliques font partie de l’armature intérieure, l’espace vide dans le tube en configuration serrée étant rempli par un matériau comme par exemple une résine ou un gel. Cette configuration du câble de télécommunication permet d’effectuer avec un seul câble des mesures de déformations et/ou changements lents et rapides du câble, en utilisant la ou les techniques de mesure adaptées. Avantageusement, la gaine intermédiaire peut comprendre une gaine métallique adaptée pour transmettre des signaux électriques. Des signaux électriques sont nécessaires notamment pour alimenter des répéteurs installés à intervalles réguliers le long du câble de télécommunication. La gaine métallique peut être en cuivre. Selon un mode de réalisation, le câble de télécommunication peut comprendre en outre une armature supplémentaire agencée radialement autour de la gaine de protection, et une gaine de protection supplémentaire agencée radialement autour de l’armature supplémentaire. Un tel câble avec une double armure est particulièrement robuste et bien adapté pour protéger les fibres optiques dans le noyau lorsque le câble est déployé dans des zones à risques, par exemple due à une forte activité anthropique (pêche, chalutage, etc.). Avantageusement, les fils d’acier de l’armature et/ou les tubes contenant les fibres optiques capteur peuvent être en acier inoxydable. Ce matériau n’est pas ou que très peu sujet à la corrosion. Selon un autre aspect de la même invention, il est proposé un procédé de mesure de déformations mécaniques subis par un câble de télécommunication selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant les étapes suivantes : fourniture, par une source laser, d’une impulsion laser ; injection, par un interrogateur, de l’impulsion laser dans l’au moins une fibre optique capteur du câble de télécommunication ; détection, par l’interrogateur, d’un signal optique représentant l’intensité lumineuse de l’impulsion rétrodiffusée dans l’au moins une fibre optique capteur ; et détermination, par l’interrogateur, d’une déformation mécanique subie par le câble à partir du signal optique. Les déformations mécaniques subies par un câble de télécommunication, notamment sous-marin, peuvent inclure notamment des élongations et des compressions axiales. Les déformations peuvent provenir d’origines naturelles (séisme, glissement sous-marin ou autre mouvement du fond de la mer, etc.), de sollicitations anthropogènes involontaires (chalutage, ancre de navire, etc.) ou même d’intrusions volontaires (espionnage). Les déformations du câble peuvent être lentes ou rapides. Dans le cadre de la présente description, le terme « déformation mécanique » peut également signifier un endommagement ou toute autre modification mécanique quelconque du câble. Ces déformations peuvent toutes nuire au bon fonctionnement du câble de télécommunication. L’au moins une fibre capteur présente dans le câble de télécommunication permet d’établir un suivi de l’état de santé dudit câble et de surveiller l’environnement du câble. Description des figures et modes de réalisation D’autres avantages et caractéristiques apparaîtront à l’examen de la description détaillée d’exemples nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels : [Fig.1] la Figure 1 est une représentation schématique d’un exemple de réalisation non-limitatif d’un câble de télécommunication selon l’invention, selon une coupe transversale ; [Fig.2] la Figure 2 est une représentation schématique d’un autre exemple de réalisation non-limitatif d’un câble de télécommunication selon l’invention, selon une coupe transversale ; et [Fig.3] la Figure 3 est une représentation schématique d’un câble selon la présente invention couplé à un interrogateur. Il est bien entendu que les modes de réalisation qui seront décrits dans la suite ne sont nullement limitatifs. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieure. En particulier toutes les variantes et tous les modes de réalisation décrits sont combinables entre eux si rien ne s’oppose à cette combinaison sur le plan technique. Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures peuvent conserver la même référence. La est une représentation schématique d’un exemple d’un câble de télécommunication sous-marin, vu en coupe transversale, selon un mode de réalisation de l’invention. Le câble 1 comprend un noyau 2 avec une pluralité de fibres optiques 3. Ces fibres optiques 3 sont dédiées à la transmission de données pour la télécommunication. Le noyau 2 est entouré d’une gaine de gel 4 pour la protection mécanique des fibres optiques 3 et l’étanchéité à l’eau. La couche de gel 4 est entourée d’une gaine en cuivre 5. Cette gaine métallique 5 permet de transmettre du courant électrique. La gaine de gel 4 et la gaine métallique 5 constituent une gaine intermédiaire 6. Une armature 7 est agencée radialement autour de la gaine intermédiaire 6. L’armature 7 protège les fibres optiques des contraintes mécaniques et donne au câble sa stabilité mécanique. Dans le mode de réalisation représenté sur la , l’armature 7 est constitué d’un agencement en anneau d’une pluralité de fils d’acier 8. De préférence, les fils sont en acier inoxydable. Enfin, une gaine de de protection 9 en matériau polymère est agencée radialement autour de l’armature 7, constituant la barrière extérieure, étanche du câble 1. Le câble 1 selon le mode de réalisation de la comprend également des fibres optiques capteur. Trois fibres capteur 10 sont agencées de manière serrée l’une contre l’autre dans un tube métallique 11 faisant partie de l’armature 7. Trois autres fibres capteur 12 sont agencées de manière libre l’une par rapport à l’autre dans un autre tube métallique 13 faisant également partie de l’armature 7. Dans la configuration serrée des fibres capteur 10, l’espace vide dans le tube métallique 11 est remplie d’une résiné ou d’un gel 14. Les tubes métalliques 11, 13 sont de préférence en acier inoxydable, comme les autres fils de l’armature 7. Bien entendu, d’autres configurations pour l’agencement et/ou le nombre des fibres optiques capteur sont possibles. Par exemple, il est possible d’augmenter le nombre de fibres dans le tube (mais trois est probablement un nombre idéal). La est une représentation schématique d’un autre exemple d’un câble de télécommunication sous-marin, vu en coupe transversale, selon un autre mode de réalisation de l’invention. Le câble 100 selon le mode de réalisation représenté sur la comprend tous les éléments du câble 1 selon le mode de réalisation de la . Le câble 100 de la comprend en outre une deuxième armature 15 agencée radialement autour de la gaine métallique 5. Cette armature supplémentaire 15 est, comme l’armature intérieure 7, constituée d’une pluralité de fils d’acier agencés en anneau. Une gaine de protection supplémentaire 16 en polymère est agencée radialement autour de l’armature supplémentaire 15. La ou les gaines de protection peuvent notamment être en polyéthylène. Le diamètre des câbles selon les modes réalisation des Figures 1 et 2 se situe environ entre 10 et 20 mm. Par la suite, un exemple de réalisation d’un procédé de mesure selon l’invention va être décrits en référence aux Figures 1 à 3. Le procédé de mesure permet de mesurer des déformations mécaniques subies par un câble de télécommunication selon l’invention, par exemple par les câbles selon les modes de réalisation décrits en référence aux Figures 1 et 2. La montre un interrogateur 20 au quel est couplé un câble de télécommunication 1, 100. L’interrogateur comprend une source laser ainsi qu’un capteur de lumière. Une impulsion laser 21 est couplée dans chaque fibre optique capteur du câble à son extrémité proximale. L’impulsion 21 se propage dans la fibre capteur et est partiellement rétrodiffusée par des sites de diffusion dans la fibre. La lumière rétrodiffusée 22 interfère avec la lumière réfléchie par l’extrémité distale de la fibre capteur. La lumière rétrodiffusée 22 est détectée par le capteur de l’interrogateur 20. Le signal capté comporte la signature s’une site de diffusion dont l’évolution peut alors être observée. Il est ainsi possible de détecter ou déterminer une déformation mécanique subie par le câble à partir du signal optique. Pour cela, l’interrogateur 20 est équipé d’un processeur ou équivalent. En pratique, des dizaines de milliers ou des dizaines de millions d’impulsions ultra-courtes (d’une durée de quelques nanosecondes) peuvent être injectées dans chaque fibre capteur du câble. Selon un mode de réalisation, les extrémités de deux fibres capteur peuvent être soudées ensemble à l’extrémité distale du câble. Une impulsion laser peut être injectée dans l’une des fibres capteur, et les deux fibres peuvent être interrogées simultanément. Ce mode de réalisation est particulièrement adapté pour des distances parcourues courtes ( L’interrogateur 20 peut être du type DAS. Dans ce cas, l’interrogateur est couplé à une ou plusieurs fibres capteur en configuration serrée. L’interrogateur 20 peut également être de type BOTDR. Enfin, l’interrogateur 20 peut également être de type FMI. Bien entendu, il est possible de coupler plus qu’un interrogateur aux fibres optiques capteur du câble. Par exemple, un interrogateur DAS peut être couplé à une ou plusieurs fibres capteur en configuration libre pour la surveillance sismique et/ou le monitoring du câble pour détecter des dégradations volontaires ou involontaires. Un interrogateur BOTDR peut être couplé à une ou plusieurs fibres capteur en configuration serrée pour détecter les déformations lentes des fonds marins due à l’activité de failles sous-marines et/ou pour détecter des dégradations volontaires ou involontaires. Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention. Câble (1, 100) de télécommunication, notamment sous-marin, comprenant : un noyau (2) comprenant une pluralité de fibres optiques (3), une armature intérieure (7) agencée radialement autour du noyau (2), l’armature intérieure (7) comprenant une pluralité de fils d’acier (8), une gaine intermédiaire (6) agencée radialement entre le noyau (2) et l’armature intérieure (7), et une gaine de protection (9) en matériau polymère agencée radialement autour de l’armature intérieure (7), caractérisé en ce que le câble (1, 100) comprend en outre au moins une fibre optique capteur (10, 12) agencée entre le noyau (2) et la gaine de protection (9). Câble (1, 100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’au moins une fibre optique capteur (10, 12) est agencée dans un tube métallique (11, 13), le tube métallique (11, 13) faisant partie de l’armature intérieure (7). Câble (1, 100) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu’au moins deux fibres optiques capteur (10, 12) sont agencées dans un tube métallique (11, 13), le tube métallique (11, 13) faisant partie de l’armature intérieure (7). Câble (1, 100) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les fibres optiques capteur (10) sont agencées de manière serrée l’une contre l’autre, selon une configuration dite serrée. Câble (1, 100) selon la revendication 3, caractérisé en ce que les fibres optiques capteur (12) sont agencées de manière libre l’une par rapport à l’autre, selon une configuration dite libre. Câble (1, 100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’au moins deux fibres optiques capteur (10) sont agencées de manière serrée l’une contre l’autre, selon une configuration dite serrée, dans un premier tube métallique (11), et qu’au moins deux fibres optiques capteur (12) sont agencées de manière libre l’une par rapport à l’autre, selon une configuration dite libre, dans un deuxième tube métallique (13), les premier et deuxième tubes métalliques (11, 13) faisant partie de l’armature intérieure (7), l’espace vide dans le tube en configuration serrée étant rempli d’une résine ou d’un gel (14). Câble (1, 100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la gaine intermédiaire (6) comprend une gaine métallique (5) adaptée pour transmettre des signaux électriques. Câble (1, 100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend en outre une armature supplémentaire (15) agencée radialement autour de la gaine de protection (9), et une gaine de protection supplémentaire (16) agencée radialement autour de l’armature supplémentaire (15). Câble (1, 100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fils d’acier (8) sont en acier inoxydable. Câble selon l’une quelconque des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que le tube métallique est en acier inoxydable. Procédé de mesure de déformations mécaniques subis par un câble de télécommunication (1, 100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant les étapes suivantes : fourniture, par une source laser, d’une impulsion laser ; injection, par un interrogateur (20), de l’impulsion laser dans l’au moins une fibre optique capteur (10, 12) du câble de télécommunication (1, 100) ; détection, par l’interrogateur (20), d’un signal optique représentant l’intensité lumineuse de l’impulsion rétrodiffusée dans l’au moins une fibre optique capteur (10, 12) ; et détermination, par l’interrogateur (20), d’une déformation mécanique subie par le câble (1, 100) à partir du signal optique.