FR2938080A1 - Cable a fibre optique pour le transport de donnees, notamment dans un reseau local domestique - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un câble (10) comprenant au moins une fibre optique (11), éventuellement recouverte d'une enveloppe de protection (24), au moins un élément de renfort (12), et une gaine (13) dans laquelle sont positionnés la fibre optique et l'élément de renfort, caractérisé en ce qu'il a une section transversale présentant une largeur (I) mesurée selon une première direction (X) et une épaisseur (e) mesurée selon une deuxième direction (Y) perpendiculaire à la première direction, le rapport largeur / épaisseur étant supérieur à 2, la fibre optique (11 ) et l'élément de renfort (12) étant disposés sensiblement alignés le long de la première direction (X), et en ce que le rapport épaisseur du câble / diamètre de la fibre optique est supérieur à 1 et inférieur ou égal à 5.

Description

DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne un câble à fibre optique pour le transport de 5 données, notamment dans un réseau local domestique.

ETAT DE LA TECHNIQUE Les réseaux locaux domestiques comprennent généralement des câbles de transport de données incluant des fils de cuivre. Ces câbles 10 peuvent se présenter sous la forme de câbles à paires torsadées incluant des paires de fils symétriques isolés, torsadés et assemblés ou de câbles coaxiaux incluant un porteur central blindé. Ces câbles dédiés à la transmission de données permettent de transporter des débits très élevés, pouvant atteindre par exemple 10 Gbits/s (gigabits par seconde) sur 100 15 mètres. Cependant, ces câbles présentent un diamètre important, de l'ordre de 10 millimètres, ce qui ne permet pas un déploiement aisé et discret dans l'ensemble de l'habitat, hormis dans les cas de l'immobilier neuf ou de la rénovation associée à des travaux importants. Afin de permettre la diffusion des services à haut et très haut débit 20 au sein de réseaux locaux domestiques dans l'immobilier existant, des solutions utilisant des câblages d'énergie préexistants ont été développées. Ces solutions permettent de transporter des données avec un débit pouvant atteindre 200 Mbits/s (Mégabits par seconde) sur des fils électriques déjà existants par une technique de courants porteur en ligne (CPL). Cependant, 25 ces solutions sont généralement peu prédictibles en termes de débit et l'architecture du réseau électrique impacte fortement le débit réellement disponible. De plus, ces solutions sont très sensibles à des perturbateurs fréquemment présents dans les réseaux locaux domestiques, tels que des chargeurs de téléphone portables, des alimentations d'ordinateurs 30 portables, des téléviseurs ou certains appareils électroménagers par exemple. Les débits annoncés à 200 Mbit/s peuvent ainsi rapidement chuter à moins de 15 Mbits/s.

Enfin, d'autres solutions pour assurer la transmission de données à très hauts débits dans des réseaux locaux domestiques utilisent des câbles à fibres optiques. Ce support présente l'avantage que le débit de transmission des données est quasiment illimité et qu'il est insensible aux perturbations électromagnétiques environnantes. Les câbles à fibres optiques actuels présentent généralement deux types de structures : Les câbles à structure libre incluent une ou plusieurs fibre(s) optique(s) non protégée(s) (fibre(s) nue(s)) présentant un diamètre de 250 micromètres, un tube ou un micromodule souple présentant un diamètre extérieur variant de 1,2 millimètre à 2,8 millimètres dans lequel est(sont) positionnée(s) la ou les fibre(s), et des éléments de protection et de renforts recouvrant le tube ou le micromodule. Les câbles à structure serrée incluent une ou plusieurs fibre(s) protégée(s) par une enveloppe présentant un diamètre de 900 micromètres, et des éléments de protection ou de renfort entourant les fibres ainsi protégés. L'enveloppe positionnée autour de la fibre nue protège celle-ci des agressions extérieures. Cependant, ces structures ne permettent pas de réaliser un câble 20 dont les dimensions (ou au moins une dimension) sont inférieures ou égale au millimètre. Or le déploiement d'une infrastructure optique dans un réseau local domestique de l'habitat existant ou neuf se heurte à des contraintes importantes: 25 L'installation de l'infrastructure optique doit être discrète, ce qui nécessite de diminuer la taille des câbles optiques tout en conservant une résistance mécanique suffisante de ces câbles pour permettre leur pose. L'installation doit permettre un cheminement des câbles optiques incluant des passages d'angles droits générant de faibles rayons de 30 courbure qui augmentent fortement l'atténuation des fibres optiques présentes dans les câbles. Les câbles optiques actuels ne supportent généralement pas des rayons de courbure inférieurs à 30 millimètres.

Les fibres optiques ne peuvent transporter que de faibles niveaux d'énergie, ce qui impose d'alimenter électriquement les interfaces optoélectroniques et/ou les équipements terminaux en extrémité. Cela impose l'utilisation d'alimentations supplémentaires pour transformer les signaux optiques en signaux électroniques, et inversement. Par ailleurs, il est généralement difficile et coûteux de faire transiter la téléphonie analogique sur une fibre optique. II est donc généralement nécessaire de déployer un réseau à base de câbles en cuivre en complément du réseau optique ou d'utiliser le téléphone non filaire, non 10 sécurisé en cas de coupure électrique.

PRESENTATION DE L'INVENTION Un but de l'invention est de proposer un câble de faibles dimensions, simple d'installation et dans lequel les éléments optiques sont 15 facilement accessibles. Ce problème est résolu dans le cadre de la présente invention grâce à un câble comprenant au moins une fibre optique, éventuellement recouverte d'une enveloppe de protection, au moins un élément de renfort, et une gaine dans laquelle sont positionnés la fibre optique et l'élément de 20 renfort, caractérisé en ce qu'il a une section transversale présentant une largeur mesurée selon une première direction et une épaisseur mesurée selon une deuxième direction perpendiculaire à la première direction, le rapport largeur / épaisseur étant supérieur à 2, la fibre optique et l'élément de renfort étant disposés sensiblement alignés le long de la première 25 direction, et en ce que le rapport épaisseur du câble optique nue / diamètre de la fibre est supérieur à 1 et inférieur ou égal à 5. Le câble ainsi défini présente des dimensions particulièrement faibles vis-à-vis du diamètre de la fibre optique. De ce fait, la gaine présente nécessairement une zone de faible 30 épaisseur à proximité de la fibre. La zone de faible épaisseur constitue naturellement une zone de moindre résistance, sans qu'il soit nécessaire de prévoir des moyens d'amorce de déchirure spécifiques pour accéder à la fibre optique.

En outre, du fait de sa forme plate (définie par le rapport largeur / épaisseur), le câble peut facilement être fixé sur une cloison ou au sol, via des moyens de fixation appropriés, tels que par collage d'une face du câble ou agrafage, sans risquer de détériorer la fibre optique présente à l'intérieur.

Enfin, du fait de ses faibles dimensions, le câble proposé est particulièrement discret. Il est facile à mettre en oeuvre dans un environnement domestique (positionnement sous un revêtement de sol, le long d'une plinthe, cheminement autour d'un encadrement de porte par exemple).

Le câble peut en outre présenter les caractéristiques suivantes : - le câble comprend deux éléments de renfort agencés de part et d'autre de la fibre optique, - ces éléments de renfort sont disposés symétriquement par rapport à la fibre optique, - la fibre optique et l'élément de renfort sont noyés dans la gaine, - la fibre optique s'étend dans un plan de symétrie du câble, - la fibre optique s'étend selon une ligne neutre du câble, - l'élément de renfort comprend un fil de cuivre, des fibres de verre, ou des mèches de verre ou d'aramide, - la gaine est formée en un matériau non propagateur de la flamme à faible taux de dégagement de fumée et à quasi-absence de gaz halogénés, - en particulier, la gaine comprend du polypropylène ou du polyéthylène, - la fibre optique est recouverte d'une enveloppe de protection enserrant la fibre optique, - la fibre optique est recouverte d'une enveloppe de protection en résine acrylate ou en polymère à base de cristaux liquides (LCP), - la fibre optique est recouverte d'une enveloppe de protection présentant une épaisseur radiale inférieure à 250 micromètres, - la fibre optique est dépourvue d'enveloppe de protection et est directement en contact avec la gaine, - le câble présente une épaisseur inférieure ou égale à 1,25 millimètre, de préférence inférieure ou égale à 1 millimètre. L'invention concerne également un réseau local domestique comprenant un câble tel que défini précédemment pour le transport de 5 données. L'invention concerne également l'utilisation d'un tel câble, pour le transport de données via la fibre optique et pour le transport de données ou d'énergie via l'élément de renfort. Enfin, l'invention concerne un procédé de fabrication d'un câble tel 10 que défini précédemment, comprenant une étape consistant à extruder la gaine autour de la fibre optique, éventuellement recouverte d'une enveloppe de protection, et autour de l'élément de renfort.

PRESENTATION DES FIGURES 15 D'autres caractéristiques et avantage ressortiront encore de la description qui suit laquelle est purement illustrative et non limitative et doit être lue en regard des figures annexées, parmi lesquelles : - la figure 1 représente de manière schématique, en coupe transversale, un câble optique conforme à un premier mode de réalisation 20 de l'invention, - la figure 2 représente de manière schématique, en coupe transversale, un câble optique conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 est un diagramme représentant de manière 25 schématique l'atténuation d'une fibre optique en fonction de la longueur d'onde pour plusieurs types de fibres, ces fibres étant soumises à une courbure.

DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION 30 La figure 1 représente de manière schématique, en coupe transversale, un câble optique 10 conforme à un premier mode de réalisation de l'invention.

Le câble optique 10 représenté sur la figure 1 a une section transversale présentant une largeur I mesurée selon une première direction (direction X) égale à 7 millimètres et une épaisseur e mesurée selon une deuxième direction (direction Y) perpendiculaire à la première direction, égale à 1 millimètre. Ainsi, le rapport largeur / épaisseur du câble est égal à 7. Le câble 10 comprend une fibre optique 11, deux éléments 12 latéraux de renfort et une gaine 13 dans laquelle sont noyés la fibre optique 11 et les éléments de renfort 12.

La fibre optique 11 présente un diamètre de 250 micromètres. Dans ce premier mode de réalisation, la fibre optique 11 est dépourvue d'enveloppe de protection (fibre nue). Autrement dit, la fibre optique 11 est directement en contact avec la gaine 13 dans laquelle elle est noyée. Chaque élément 12 latéral de renfort est formé d'un faisceau de mèches de verre ou d'aramide présentant une section sensiblement rectangulaire. Chaque faisceau présente une épaisseur d'environ 0,5 millimètre et une largeur d'environ 2 millimètres. La gaine 13 présente une section sensiblement rectangulaire. Elle est formée en un matériau non propagateur de la flamme à faible taux de dégagement de fumée et à quasi-absence de gaz halogénés (LSOH), tel qu'un matériau contenant du polypropylène ou du polyéthylène. La gaine présente une épaisseur de 1 millimètre et une largeur de 7 millimètres. La fibre optique 11 s'étend dans des plans de symétrie du câble 10 (définis par les axes X et Y). Les éléments 12 de renfort sont disposés de part et d'autre de la fibre optique, symétriquement par rapport à celle-ci. La fibre optique 11 et les éléments 12 de renfort sont alignés le long de la direction X. Dans cette configuration, la fibre optique 11 s'étend selon la ligne neutre du câble.

Par ligne neutre (ou axe neutre ), on désigne une ligne qui ne subit aucun allongement ni raccourcissement lorsque le câble est soumis à une flexion. Du fait que la fibre est positionnée sur la ligne neutre, elle ne subit normalement aucune variation dimensionnelle lorsque le câble est enroulé ou lors d'une installation du câble au niveau de passages d'angles. La présence des éléments de renfort limite également les contraintes qui s'exercent sur la fibre, bien que celle-ci soit directement en contact avec la gaine. Les éléments de renfort assurent une tenue en traction du câble optique. L'utilisation d'une fibre optique nue (dépourvue d'enveloppe de protection) et l'agencement particulier de la fibre optique et des éléments porteurs permet de réaliser un câble 10 présentant une épaisseur faible.

En outre, la gaine 13 présente une épaisseur minimale à proximité de la fibre optique 11, de l'ordre de 375 micromètres, ce qui permet d'accéder à la fibre optique par simple déchirement de la gaine, sans nécessiter un outil spécifique. Le câble peut être réalisé par extrusion périphérique en ligne du matériau de gaine autour de la fibre optique et des éléments porteurs. La figure 2 représente de manière schématique, en coupe transversale, un câble optique 20 conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention. Le câble optique 20 représenté sur la figure 2 a une section transversale présentant une largeur I mesurée selon une première direction (direction X) égale à 7 millimètres et une épaisseur e mesurée selon une deuxième direction (direction Y) perpendiculaire à la première direction, égale à 1 millimètre. Ainsi, le rapport largeur / épaisseur du câble est égal à 7.

Le câble 20 comprend une fibre optique 21, deux éléments 22 latéraux de renfort et une gaine 23 dans laquelle sont noyés la fibre optique 21 et les éléments de renfort 22. La fibre optique 21 présente un diamètre de 250 micromètre. Dans ce deuxième mode de réalisation, la fibre optique 21 est entourée d'une enveloppe de protection 24 en résine acrylate, présentant une épaisseur radiale d'environ 75 micromètres (soit un diamètre extérieur de 400 micromètres). Plus précisément, la fibre optique 21 est enserrée dans l'enveloppe de protection 24, cette enveloppe de protection formant une couche tampon entre la fibre 21 et la gaine 23. Le terme enserrer signifie que l'enveloppe de protection est en contact avec la fibre optique sur toute la circonférence de la fibre optique.

Autrement dit, l'enveloppe de protection épouse la fibre optique. Chaque élément 22 latéral de renfort est formé d'un fil de cuivre présentant un diamètre d'environ 500 micromètres (comme représenté sur la figure 2) ou d'un faisceau de fibres de verre (FRP) présentant un diamètre d'environ 600 micromètres.

Comme dans le premier mode de réalisation, la gaine 23 présente une section sensiblement rectangulaire. Elle est formée en un matériau non propagateur de la flamme à faible taux de dégagement de fumée et à quasi-absence de gaz halogénés (LSOH), tel qu'un matériau comprenant du polypropylène ou du polyéthylène. La gaine présente une épaisseur de 1 millimètre et une largeur de 7 millimètres. La fibre optique 21 s'étend dans des plans de symétrie du câble 20 (définis par les axes X et Y). Les éléments 22 de renfort sont disposés de part et d'autre de la fibre optique, symétriquement par rapport à celle-ci. La fibre optique 21 et les éléments 22 de renfort sont alignés le long de la 20 direction X. Dans cette configuration, la fibre optique 21 s'étend selon la ligne neutre du câble. L'enveloppe de protection 24 permet d'isoler la fibre des contraintes s'exerçant sur le câble 20 lors des opérations de câblage. 25 La présence des éléments de renfort limite également les contraintes qui s'exercent sur la fibre. Les éléments de renfort assurent également une tenue en traction du câble optique. L'utilisation d'une enveloppe de protection mince et l'agencement particulier de la fibre optique et des éléments porteurs permet de réaliser un 30 câble 20 présentant une épaisseur faible. En outre, la gaine 23 présente une épaisseur minimale à proximité de la fibre optique 21, de l'ordre de 300 micromètres, ce qui permet d'accéder à la fibre optique par simple déchirement de la gaine, sans nécessiter un outil spécifique. Le câble peut être réalisé de la manière suivante. A partir d'une fibre optique nue de 250 micromètres de diamètre, un dépôt par extrusion en ligne du matériau de l'enveloppe de protection est réalisé sur la fibre. L'élément ainsi obtenu (fibre + enveloppe de protection) est mis en câble par extrusion périphérique en ligne du matériau de gaine et positionnement simultané des éléments de renfort latéraux. Dans le cas où les éléments de renfort 23 sont constitués de fils de cuivre, le câble 20 permet une télé-alimentation d'interfaces optoélectroniques d'extrémité et/ou des équipements terminaux via les éléments de renfort. Le diamètre de 500 micromètres des éléments de renfort en cuivre utilisés correspond au diamètre des fils de cuivre classiquement utilisés 15 dans les câbles à paires téléphonique ou de données. Ces conducteurs en cuivre permettent de transporter des puissances électriques de quelques dizaines de watts et sont compatibles avec le transport de la téléphonie analogique. Deux éléments de renfort en cuivre sont au minimum nécessaires pour assurer cette fonction, mais une 20 quantité supérieure est envisageable. L'utilisation d'éléments de renfort en cuivre permet de faire transiter de l'énergie électrique pouvant assurer l'alimentation d'interfaces optoélectroniques d'extrémité et/ou des équipements terminaux. L'utilisation d'éléments de renfort en cuivre permet de transporter le 25 service de téléphonie analogique dans l'habitat sans câbles additionnels. L'utilisation d'éléments de renfort cuivre permet de donner au câble optique une mémoire de forme et une absence d'effet ressort lors du lovage qui permettent des installations multiples et ergonomiques. Pour la réalisation de câbles optiques plats conforme aux figures 1 30 et 2, les inventeurs se sont attachés à choisir une fibre optique de faibles dimensions et peu sensible aux courbures. Le choix du media optique utilisé a nécessité de réaliser des mesures et d'analyser des données techniques concernant différentes fibres optiques disponibles sur le marché. (Les fibres optiques en plastique présentant un diamètre extérieur important, en général de 1 millimètre, ne conviennent pas à la réalisation d'un câble plat de faibles dimensions). Les inventeurs ont testé deux types de fibres : - des fibres de silice multimode à gradiant d'indice, - des fibres de silice monomode à saut d'indice. Afin de bénéficier d'une bande passante élevée dans la fenêtre 850 nanomètres, les fibres de silice multimodes à gradiant d'indice testées sont de type 50/125 standard et 50/125 OM3 améliorée (selon la norme EN 50793). Les fibres optiques silice monomodes testées sont de type G652 et G657 (selon norme ITU-60793) qui présentent une faible sensibilité aux rayons de courbure, afin de disposer de produits largement disponibles sur le marché.

La figure 3 est un diagramme représentant de manière schématique l'atténuation de chaque fibre optique testée (en décibels) en fonction de la longueur d'onde transportée (en nanomètres), ces fibres étant soumises à une courbure. Sur cette figure, la sensibilité des fibres optiques à 10 tours de 15 millimètres de diamètre est représentée pour différents types de fibres à différentes longueur d'onde. Les fibres multimodes sont testées à 850 et 1310 nanomètres uniquement car elles ne peuvent pas opérer à des longueurs d'onde plus élevées. On constate que les fibres optiques monomodes G652 et G657 présentent une atténuation inférieure aux fibres multimodes testées, à 850 nanomètres et 1310 nanomètres. De plus, elles sont utilisables à 1550 nanomètres. L'utilisation d'une fibre optique, dans un réseau local domestique, soumise à des diamètres de courbure de 15 millimètres (passages des 30 plafonds et angles de pièces) ont conduit les inventeurs à utiliser les fibres suivantes : - une fibre G657 fonctionnant à 1310 nanomètres ou 850 nanomètres, ou - une fibre G652 standard fonctionnant à 850 nanomètres. La fibre monomode G652 standard , utilisée à 1310 nanomètres peut être exploitée avec attention. Les câbles optiques obtenus présentent de faibles dimensions, tout en conservant des caractéristiques de traction de plus de 10 daN (déca Newton) et un écrasement de plus de 15 N/cm (Newton par centimètre). La section rectangulaire des câbles optiques permet de disposer d'une épaisseur inférieure ou égale à 1 millimètre, ce qui permet une mise en oeuvre aisée et discrète, tout en disposant d'éléments de renfort latéraux assurant une résistance en traction et à l'écrasement des câbles optiques qui leur assure une mise en oeuvre sécurisée. L'utilisation d'une fibre optique peu sensible aux courbures et disposée sur la ligne neutre du câble rend le câble tolérant aux très faibles rayons de courbure, ce qui facilite sa mise en oeuvre et améliore la discrétion du câble dans le cas de l'installation dans des logements existants. Le câble optique peut contenir plusieurs fibres optiques juxtaposées sans nuire aux avantages précités. De plus, des éléments de renfort différents peuvent être 20 simultanément utilisés dans un même câble.

Claims (17)

1. REVENDICATIONS1. Câble (10, 20) comprenant au moins une fibre optique (11, 21), éventuellement recouverte d'une enveloppe de protection (24), au moins un élément de renfort (12, 22), et une gaine (13, 23) dans laquelle sont positionnés la fibre optique et l'élément de renfort, caractérisé en ce qu'il a une section transversale présentant une largeur (I) mesurée selon une première direction (X) et une épaisseur (e) mesurée selon une deuxième direction (Y) perpendiculaire à la première direction, le rapport largeur / épaisseur étant supérieur à 2, la fibre optique (11, 21) et l'élément de renfort (12, 22) étant disposés sensiblement alignés le long de la première direction (X), et en ce que le rapport épaisseur du câble / diamètre de la fibre optique est supérieur à 1 et inférieur ou égal à 5.
2. 2. Câble selon la revendication 1, comprenant deux éléments de renfort (12, 22) agencés de part et d'autre de la fibre optique (11, 21).
3. 3. Câble selon la revendication 2, dans lequel les éléments de renfort (12, 22) sont disposés symétriquement par rapport à la fibre optique 20 (11, 21).
4. 4. Câble selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la fibre optique (11, 21) et l'élément de renfort (12, 22) sont noyés dans la gaine (13, 23).
5. 5. Câble selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la fibre optique (11, 21) s'étend dans un plan de symétrie du câble.
6. 6. Câble selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la fibre 30 optique (11, 21) s'étend selon une ligne neutre du câble. 25
7. 7. Câble optique selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel l'élément de renfort (12, 22) comprend un fil de cuivre, des fibres de verre, ou des mèches de verre ou d'aramide.
8. 8. Câble selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel la gaine (13, 23) est formée en un matériau non propagateur de la flamme à faible taux de dégagement de fumée et à quasi-absence de gaz halogénés.
9. 9. Câble selon la revendication 8, dans lequel la gaine (13, 23) 10 comprend du polypropylène ou du polyéthylène.
10. 10. Câble selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel la fibre optique (21) est recouverte d'une enveloppe de protection (24) enserrant la fibre optique.
11. 11. Câble selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel la fibre optique (21) est recouverte d'une enveloppe de protection (24) en résine acrylate ou en polymère à base de cristaux liquides (LCP). 20
12. 12. Câble selon l'une des revendications 1 à 11, dans lequel la fibre optique (21) est recouverte d'une enveloppe de protection (24) présentant une épaisseur radiale inférieure à 250 micromètres.
13. 13. Câble selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel la fibre 25 optique (11) est dépourvue d'enveloppe de protection et est directement en contact avec la gaine (13).
14. 14. Câble optique selon l'une des revendications 1 à 13, présentant une épaisseur inférieure ou égale à 1,25 millimètre, de préférence inférieure 30 ou égale à 1 millimètre.
15. 15. Réseau local domestique comprenant un câble (10, 20) selon l'une des revendications 1 à 14 pour le transport de données. 15 5
16. 16. Utilisation d'un câble (20) conforme à l'une des revendications 1 à 14, pour le transport de données via la fibre optique (21) et pour le transport de données ou d'énergie via l'élément de renfort (22).
17. 17. Procédé de fabrication d'un câble conforme à l'une des revendications 1 à 14, comprenant une étape consistant à extruder la gaine (13, 23) autour de la fibre optique (11, 21), éventuellement recouverte d'une enveloppe de protection (24), et autour de l'élément de renfort (12, 22). 10