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Un peu d'histoire
Pour commencer, rien ne vaut un petit historique.
Fondamentalement, la fibre optique n'est qu'une dernière évolution à l'histoire de la communication "lumineuse" de l'être humain. En effet, cela fait des millénaires que nous utilisons la lumière pour communiquer là où la voix ne porte plus et quand l'écriture n'est plus visible.
Laissons les Grecs et les Romains là où ils étaient avec leurs signaux de lumière pour partir directement d'une époque plus contemporaine, soit autour de 1791. C'est un abbé Français du nom de Claude Chappe qui inventa un des premiers moyens de télécommunication moderne à l'aide de la lumière: le télégraphe optique (ci-dessous, une animation montrant son principe du fonctionnement de ce dernier).
Pour se rendre compte de l'impact de cette invention, il faut être conscient que cette méthode de communication est arrivée pratiquement 100 ans avant l'invention du "téléphone" par Alexander Graham Bell et presque 50 ans avant le Morse! Ce système de télécommunication avait, bien entendu, ses limites (principalement météorologiques) et a logiquement été détrôné par le télégraphe électrique.
Autour de 1850, les deux physiciens Daniel Collodon (Suisse) et Jacques Babinet (Français) démontrèrent que la lumière pouvait être guidée dans un matériau offrant un haut degré de réflexion confiné dans un autre matériau qui présentait lui-même un faible indice de réfraction. Dès 1920, certains ingénieurs ou médecins souhaitèrent utiliser cette découverte pour afin de transporter des images (télévision, étude du corps, etc.).
Et puis, dans les années soixante, une petite révolution arriva: le laser. Avec elle, beaucoup de chercheurs pensèrent qu'il était possible de transporter des données sur une longue distance. Toutefois, le principal problème résidait dans le fait de transporter de la lumière sur une longue distance, car à cette période, l'atténuation du verre exprimée en dB était beaucoup trop importante. À l'époque, l'objectif était d'obtenir moins de 20 dB par kilomètre afin d'avoir 1 % de la lumière émise au départ à l'arrivée.
Le défi technologique était énorme. Il faudra attendre 1970 pour obtenir des résultats satisfaisants et 1980 pour voir la première interconnexion en France réalisée en fibre optique entre 2 centraux téléphoniques distants de 7 kilomètres.
Dès lors, les records se sont succédés, que ce soit en terme de distance parcourue avec ou sans répéteur ou en terme de débit atteint. D'environ 20 dB/km dans les années 70, on est passé à 0.2 db/km aujourd'hui. Les progrès qui ont permis cette évolution sont multiples: diminution du cœur de la fibre optique, élimination des impuretés, amélioration des procédés de fabrication, convertisseur optoélectronique toujours plus performants, etc.
Aujourd'hui, nous sommes totalement dépendants de la fibre optique pour assouvir nos besoins en télécommunications (TV, voix ou données) et rien ne peut inverser cette dépendance, même le Wireless (il faut bien interconnecter les bornes Wireless!).
Ok, mais c'est quoi de la fibre optique?
Tout d'abord, je vais commencer par un avertissement. Ne regardez jamais de la fibre optique à son extrémité quand elle est branchée sur des équipements actifs. Quand je dis jamais, c'est jamais. Chaque année, quelques personnes finissent à moitié aveugle ou avec des graves troubles de la vue à cause d'une mauvaise manipulation de fibres optiques. Manipuler de la fibre optique qui "transporte de la lumière" est d'autant plus dangereux que vous ne la voyez pas puisque c'est de l'infrarouge… Donc, ne pas débrancher pour regarder au bout si on voit quelque chose!!!
Tout d'abord, la fibre optique dans son état le plus brut (vous ne verrez jamais une fibre comme ça dans votre armoire télécoms):
On distingue 2 types de fibre optique sur le marché: la fibre dite monomode et multimode. Les deux sont principalement composées dans leur cœur de silice mais ce qui les distingue l'une de l'autre, c'est le diamètre du cœur. Ci-dessous, encore une application concrète de mes désormais mondialement connus talents d'infographiste (pour ne pas dire polygraphe):
La composition d'une fibre otique est relativement "simple". En partant de l'intérieur vers l'extérieur, on trouve tout d'abord le cœur qui est composé principalement de silice (haut indice de réfraction) et qui a un diamètre d'environ 10 microns (monomode) ou 50 et 62.5 microns (multimode). Puis, on trouve la gaine dite "optique" qui offre, elle, un indice de réfraction très faible et qui a un diamètre de 125 microns. Enfin, et en fonction du terrain (liquide, aérien, enterré, etc.), on va trouver une gaine dite "mécanique" qui protège la fibre optique des tractions, compressions, etc.
La première (monomode) est principalement destinée aux infrastructures des opérateurs télécoms car elle permet de couvrir de grandes distances. Aujourd'hui, grâce à elle, on peut propager la lumière sur plus de 10'000 kilomètres sans avoir besoin de ré-amplifier le signal. Généralement, cette fibre permet de réaliser de grands Metropolitan Area Network (MAN) ou des Wide Area Network (WAN) pour interconnecter des villes, des pays ou des continents.
La seconde (multimode) est surtout destinée aux Local Area Network (LAN), c’est-à-dire aux réseaux locaux. Ce média est idéal pour interconnecter des bâtiments entre eux ou des infrastructures sur un campus jusqu'à 2 kilomètres. Comparée aux fibres monomodes, elle est moins chère, tout comme les équipements actifs (entre 50 et 80 % de moins). Pour l'anecdote, au début de la fibre optique, on était capable de fabriquer uniquement des fibres avec un gros cœur (50 microns ou plus). Il n'est d'ailleurs pas rare de trouver encore aujourd'hui au sein d'ancienne infrastructure télécoms des fibres de ce genre sur plusieurs dizaines de kilomètres. Malheureusement pour les détenteurs de ce type de fibre optique, les équipements qui fonctionnent sur de telles distances sont de plus en plus rares…
Il reste à expliquer comment la lumière voyage dans la fibre optique. Généralement (parce qu'il y a toujours des exceptions, c'est comme dans la vie), les équipements optiques travaillent avec 2 fibres optiques, une qui "transmet" (Tx) la lumière et une qui la "reçoit" (Rx). Pour rester simple, le laser parcourt la fibre optique en rebondissant d'une paroi à l'autre. Ces rebonds ne sont pas le fruit du hasard mais le résultat d'une réflexion précise de la lumière entre le cœur de la fibre et la gaine optique. Il en résulte une longueur d'onde précise. Ci-dessous, un schéma qui résume ce principe:
Enfin, la fibre optique bénéficie, tout comme toute l'industrie des télécommunications, de progrès constants et c'est sans surprise que chaque année, des nouveaux records sont atteints pour le transport de données (distance couverte et débit atteint). Ces évolutions ne reposent pas seulement sur le processus de fabrication de la fibre optique qui est sans cesse amélioré, mais aussi sur les équipements actifs qui progressent; les lasers aux convertisseurs optoélectroniques ainsi que de la puissance de traitement des appareils.
Les principales évolutions de ces dernières années s'appellent le Wavelength Division Multiplexing (WDM) ou encore le Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM). Globalement, ces technologies permettent de diffuser sur la même fibre optique plusieurs longueurs d'onde (on parle aussi de couleurs ou de multiplexage) afin de transmettre plus de données sur une seule paire de fibre optique.
Je n'irai pas plus loin dans les détails mais si le sujet vous emballe, je vous recommande très fortement la lecture de cette excellente "introduction aux télécommunications optiques" sur le site de l'Université de Nice Sophia Antipolis (l'article date un peu mais les illustrations et les explications sont excellentes).
À demain!
Voilà, c'était la première partie. Demain on rentre dans le vif du sujet et j'expliquerai un peu plus précisément quels sont les avantages de la fibre optique et dans quel environnement on les utilise.