Structure de micro-câble à fibres optiques adapté à une technique de pose par poussage-tirage dans une microconduite
La présente invention concerne un micro-câble de télécommunication, plus particulièrement un micro-câble de transmission optique. L'invention se situe dans le domaine des câbles optiques de télécommunication et trouve notamment une application dans le câblage de bâtiments. Actuellement, le câblage des bâtiments est dominé par les câbles à paires de cuivre qui répondent à la majeure partie des applications. L'introduction des câbles optiques dans le réseau existant est coûteuse et se fait donc de manière très progressive, en fonction de l'évolution de la demande en augmentation de débit, elle- même liée à l'évolution des services informatiques et des applications multimédia. II y a donc souvent nécessité d'étaler l'investissement d'un câblage optique dans le temps, tout en étant en mesure de fournir la fibre adéquate au moment opportun, c'est-à-dire à la demande. Pour répondre à cette nécessité de câblage progressif des bâtiments, l'une des solutions est de les pré-tuber, puis d'équiper ensuite les tubes ainsi installés de câbles optiques en fonction de la demande, par la méthode la plus économique possible. Il existe deux concepts différents pour la pose de modules optiques en immeubles. Il peut s'agir de poser soit des micro-câbles optiques contenant de 2 à 12 fibres optiques ou soit des fibres optiques unitaires. Dans les deux cas, .les techniques traditionnelles consistent à souffler ces produits dans des micro-conduites ou micro- tubes optimisés pour l'application.
La technique de pose par soufflage consiste à faire avancer le câble dans le tube en le soumettant à un flux d'air sous pression. Cependant, cette technique de pose par soufflage présente des limites gênantes d'utilisation. En effet, le flux d'air doit être important pour permettre une avancée du câble sur des distances respectables et nécessite l'utilisation d'un compresseur performant et donc encombrant. De plus, la protection des fibres optiques contenues dans les câbles est limitée car la gaine externe des câbles, entourant les fibres optiques, est formée dans un matériau qui se déforme facilement. Les fibres optiques peuvent donc se retrouver sollicitées mécaniquement pendant les opérations de pose et de raccordement notamment lorsque le cheminement du tube dans lequel le câble doit être posé est sinueux et présente des courbures prononcées . De plus, les méthodes classiques de pose de câbles optiques, avec ou sans furet, qui utilisent un fluide sous pression pour le portage, et leurs combinaisons avec la technique de pose par soufflage, ont donné l'occasion aux industriels de proposer des équipements spécifiques à chacune de ces méthodes . Pour ces différentes raisons, la demanderesse a développé et protégé, ces dernières-années, une technique de pose concurrente, adaptée aux micro-câbles intérieurs de petite capacité, en superposant plusieurs paramètres, afin d'améliorer les conditions de mise en place des câbles optiques. Cette technique associe trois composantes qui facilitent la pose du micro-câble : un flux d'air pour le soufflage, un effort en tête de câble pour le tirage, et le poussage. Elle consiste plus particulièrement à aider mécaniquement le micro-câble, lors de son installation dans une micro-conduite ou dans un micro- tube, au moyen d'une part d'un dispositif de poussage, et
d'autre part d'un dispositif fixé en tête de câble exerçant un effort de traction en tête de câble, par l'intermédiaire de la pression de l'air qu'il subit, et réalisant en outre une étanchéité relative avec la section intérieure du tube dans lequel le câble est introduit. Cette technique a fait l'objet de dépôts de demandes de brevet parmi lesquelles on peut citer la demande FR 2 774 777, la demande FR 2 813 715 et la demande FR 2 804 762. La demande FR 2 774 777 décrit plus particulièrement un appareil portable universel de poussage-tirage pour la pose contrôlée de micro-câble dans une micro-conduite. Cet appareil comporte différents moyens d'entraînement jouant le rôle respectivement de treuil ou cabestan de tirage, de transporteur intermédiaire, et de pousseur sous flux d' air. La demande FR 2 813 715 décrit un dispositif de précâblage dans une installation de câblage et un procédé de mise en œuvre. Ce dispositif permet la mise en place de tubes de pré-câblage en terminaison de réseau, sans avoir à investir au préalable dans des panneaux de brassage. Ce dispositif autorise un accès permanent aux tubes en face avant d'un boîtier ou d'une baie de câblage. La demande FR 2 804 762 décrit un manchon de fixation pour câbles optiques permettant d'immobiliser les câbles et d'éviter les mouvements de traction et de limiter ainsi leur flexion à un rayon de courbure minimum. Ce manchon est destiné au câblage intérieur de bâtiments à travers des micro-tubes de pré-câblage. Il joue plus particulièrement le rôle d'obturateur de tube une fois câblé empêchant ainsi le glissement du câble dans le tube et réalisant une étanchéité face à la pénétration de poussières dans le tube. La technique de pose par poussage - tirage développée par la demanderesse est très prometteuse. Cependant, les
câbles optiques disponibles sur le marché ne sont pas suffisamment optimisés pour ce type de pose car ils ne présentent pas l'ensemble des caractéristiques nécessaires à l'obtention de performances optimales dont les plus importantes sont : une raideur, une tenue à la pliure et à l'écrasement suffisantes pour s'accommoder du système de poussage, - un diamètre très faible pour diminuer le poids linéique et faciliter la portance du câble dans le flux d'air, - une tenue à la traction suffisante pour accepter l'effort en tête de câble, - un faible coefficient de glissement avec le tube car le câble est moins porté que dans le cas de la pose par soufflage seul et frotte plus sur la paroi interne du tube. Dans ce cas, c'est d'ailleurs l'ensemble câble - tube qui doit être optimisé. En particulier, les conditions d'environnement peuvent modifier le coefficient de frottement, comme l'humidité de l'air et la température ambiante. De plus, la pose en immeuble impose des matériaux de tube qui par nature sont souvent plus frottants, comme par exemple les matériaux résistant au feu et zéro halogène, et qui nécessitent des traitements particuliers pour l'application visée. Les câbles existants freinent l'utilisation de la méthode de pose par poussage - tirage car ils limitent les distances de pose. De plus, les structures connues de câbles ne protègent pas toujours suffisamment les fibres optiques avant, pendant et après la pose. De nombreuses demandes de brevets relatives à des structures de câbles optiques ont été déposées. Parmi ces demandes, on peut par exemple citer la demande de brevet EP 01 57610 relative à un câble à fibres optiques particulièrement adapté à une pose ou un retrait par la
technique du soufflage. Pour cela, le câble comporte une gaine extérieure en contact avec une gaine interne. La gaine extérieure présente une faible densité et un module d'Young inférieur à celui de la gaine interne. Le matériau de constitution de la gaine extérieure est du polypropylene extrudé, matériau peu dense et d'aspect de surface rugueux optimisé pour augmenter le frottement de l'air, le rendant particulièrement adapté à la technique de pose par soufflage. La demande de brevet EP 02 96836 décrit une structure de câble optique comprenant une gaine interne souple et présentant un faible module d'Young, une gaine intermédiaire en matériau dur et présentant un module d'young élevé assurant ainsi une protection mécanique de la gaine interne et des fibres optiques qu'elle contient, et une gaine externe de faible densité et d'aspect de surface rugueux, par exemple une mousse, pour permettre une pose par soufflage. La demande EP 03 45968 décrit une structure de câble dont la gaine extérieure est chargée de micro-billes afin de permettre d'augmenter le frottement de l'air pour l'adapter à la technique de pose par soufflage. De manière générale, toutes les structures connues de câbles optiques sont inadaptées à la technique de pose par poussage-tirage élaborée par la demanderesse car elles ne protègent pas suffisamment les fibres optiques avant, pendant et après la pose du fait du matériau de constitution de la gaine externe, qui est souple, de faible densité et qui présente une surface rugueuse. Pour être complètement opérationnelle à meilleur coût, la méthode de poussage- tirage de la demanderesse doit donc disposer d'un câble léger, de très petit diamètre, relativement raide, résistant à la compression et présentant une surface suffisamment lisse et homogène
pour ne pas frotter contre les parois internes du microtube dans lequel il est inséré. Aussi, le problème technique à résoudre par la présente invention est de proposer un micro-câble de transmission optique destiné au câblage de bâtiments et adapté à la pose par poussage-tirage en micro-tube, comprenant une gaine externe entourant au moins une fibre optique, qui présenterait un petit diamètre, un faible poids et une rigidité élevée par rapport aux câbles existants, de manière à pouvoir le déposer dans des microtubes réalisant des parcours sinueux sur de grandes distances, typiquement supérieures à au moins 400 m, par la technique de pose par poussage-tirage, et qui présenterait des caractéristiques de transmission satisfaisantes dans les conditions d'utilisation, c'est-à- dire dans les conditions thermiques et mécaniques de pose et de vie du câble. La solution au problème technique est obtenue, selon la présente invention, par le fait que la gaine externe est constituée d'un matériau présentant un module d'élasticité compris entre 1000 et 2500 MPa, dans les conditions normales d'utilisation, un coefficient de dilatation thermique inférieur à 1.10"4 /°C, et un coefficient de post-retrait inférieur à 0,1%. Le module d'élasticité, encore dénommé module d'Young, est connu comme étant le rapport, dans le sens de la longueur, entre la variation de la contrainte appliquée et la variation de la déformation, lorsque le matériau est soumis à des efforts de traction (correspondant au tirage) ou à des efforts de compression (correspondant au poussage) . Ainsi, le matériau de constitution de la gaine externe présentant un module d'Young élevé, cela signifie qu'il ne se déforme pas, ou peu, sous l'action d'un tirage ou d'un poussage. Il est par conséquent suffisamment raide pour résister à la fois à l'effort de traction en tête de
câble et à la pliure, l'écrasement et au flambage dû à l'effort de compression associé au poussage. De plus, le coefficient de dilatation thermique étant faible, cela signifie que le matériau de constitution de la gaine externe se déforme peu sous l'influence de la température. Selon une variante de réalisation, le micro-câble comporte en outre une gaine intermédiaire, disposée entre la gaine externe et la au moins une fibre optique, ladite gaine intermédiaire étant constituée d'un matériau présentant un module d'élasticité très inférieur à celui du matériau de constitution de la gaine externe. Ainsi, la gaine intermédiaire offre à la au moins une fibre optique une enveloppe protectrice souple, de sorte que la fibre optique soit isolée et protégée des variations thermo-mécaniques éventuelles subies par la gaine externe . Un autre objet de l'invention concerne un banc de mesure de frottement entre le micro-câble selon l'invention et un micro-tube dans lequel il est introduit. Ce banc est remarquable en ce qu'il comprend : - un module entraîneur pour entraîner le câble, - un module de tension pour appliquer un effort de tension sur le câble en entrée du micro-tube, - un module mesureur pour mesurer la tension exercée sur le câble, - un système d'acquisition des mesures, - une interface de contrôle et de visualisation des mesures, et - un circuit modulable et bouclé constitué du micro- tube simulant un élément de parcours d'un réseau. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple illustratif et non limitatif en référence aux figures annexées qui représentent :
la figure 1, un schéma en coupe de la structure d'un micro-câble de transmission optique selon un premier mode de réalisation, la figure 2, un schéma en coupe de la structure d'un micro-câble de transmission optique selon un deuxième mode de réalisation. Un premier mode de réalisation d'une structure de micro-câble adapté à la pose par poussage - tirage en micro-tube, illustré par le schéma de la figure 1, consiste à placer au moins une fibre optique 1 dans une enveloppe constituant la gaine externe 3 du câble. Le micro-câble contient de une à six fibres optiques 1 standard. Typiquement, chaque fibre optique est composée par un cœur et une gaine optique à base de silice, de diamètre égal à 0,125 mm, et un revêtement plastique à base d'une ou plusieurs couches de résine acrylate polymérisées par rayonnement ultraviolet. Les fibres gainées présentent alors un diamètre de 0,25 mm. La gaine externe 3 est extrudée autour des fibres optiques 1 pour présenter une section circulaire de diamètre extérieur inférieur à 1,5 mm. Pour une contenance de six fibres 1 par exemple, le micro-câble présente un diamètre nominal de 1,4 mm et la gaine externe 3 une épaisseur de 0,3 mm. Le matériau de constitution de la gaine externe 3 est choisi de telle sorte qu'il présente un module d'élasticité élevé, typiquement compris entre 1000 et 2500
MPa dans les conditions normales d'utilisation. Ce module d'élasticité est de préférence compris entre 1000 et 1400 MPa. Les conditions normales d'utilisation sont définies par les conditions de pose, c'est-à-dire les efforts de traction et de compression exercés sur le micro-câble à la température ambiante . D'autre part, l'épaisseur de la gaine externe 3 est comprise entre 0,15 et 0,35 mm, elle est de préférence de
0,30 mm dans ce mode de réalisation et lorsqu'elle contient jusqu'à six fibres optiques 1. Le fait que le matériau de constitution de la gaine externe 3 présente un module d'élasticité élevé et l'épaisseur indiquée ci-dessus, permet d'obtenir une gaine présentant une bonne rigidité à la pliure et au flambage dus à l'effort de compression associé au poussage, et une bonne résistance à l'effort de traction. Une telle gaine 3 peut donc être soumise à des efforts de traction et de compression. Ainsi, le matériau de constitution de la gaine externe 3 présente une résistance à la traction de l'ordre de 50 MPa et un allongement à la rupture de l'ordre de 120%. Par ailleurs, le matériau de constitution de la gaine externe 3 est également choisi de telle sorte qu'il présente des caractéristiques thermiques adaptées à la pose par poussage - tirage de manière à ce qu'il ne s'échauffe pas par frottement, ou qu'il ne se déforme pas sous l'influence d'un changement climatique brutal. Ainsi, le matériau de constitution de la gaine externe 3 présente un coefficient de dilatation thermique faible, typiquement inférieur à 10"4 /°C et un coefficient de post-retrait très faible et inférieur à 0,1%. Ces caractéristiques thermiques démontrent que le matériau de constitution de la gaine externe ne se déforme pas sous 1 ' influence de la température, c'est-à-dire que, quel que soit l'environnement et les changements climatiques, il conserve ses propriétés. Le matériau de constitution de la gaine externe 3 présentant de telles caractéristiques mécaniques et thermiques est constitué par un mélange de plusieurs polymères thermoplastiques. De préférence, les polymères constitutifs de ce mélange sont choisis parmi les polymères suivants : les PE/PA6 (Polyéthylène / Polyamide
6), PEhd (Polyéthylène haute densité), PET ( polyéthylène téréphtalate) , PPE (polyphényléther) , PA12 (polyamide 12), LCP (polymère à cristaux liquides) , polyesters/polycarbonates etc.. Eventuellement un produit d' étanchéité longitudinale 2, tel qu'un gel, une huile ou des éléments gonflants en présence d'eau, comme une poudre ou du talc par exemple, peut être disposé dans l'enveloppe, en contact avec les fibres 1. Ce produit 2 de remplissage permet ainsi de limiter les risques de frottement ou de collage des fibres optiques entre-elles ou avec la gaine externe 3. Un deuxième mode de réalisation d'une structure de micro-câble adapté à la pose par poussage - tirage en micro-tube, illustré par le schéma en coupe de la figure 2, consiste à placer au moins une fibre optique 1 dans une enveloppe de protection souple constituant une gaine intermédiaire 4 du micro-câble et placée au contact de la section intérieure de la gaine externe 3. Dans ce mode de réalisation aussi, le câble contient de une à six fibres optiques 1 standard gainées présentant un diamètre de 0,25 mm. La gaine intermédiaire 4 est extrudée par compression lors d'une première étape de la réalisation du microcâble. Elle est disposée entre la gaine externe 3 et les fibres optiques 1 et est constituée d'un matériau présentant un module d'élasticité très inférieur à celui du matériau de constitution de la gaine externe. Typiquement, son module d'élasticité est inférieur à 30 MPa dans les conditions normales d'utilisation. Ainsi, la gaine intermédiaire 4 est souple et constitue une enveloppe souple pour les fibres 1, les protégeant mécaniquement contre par exemple la rétractation de la gaine externe 3 pouvant éventuellement se produire lors de sa fabrication ou lors de variations brutales de température. De plus, cette gaine
intermédiaire 4 est facilement déchirable pour faciliter l'extraction des fibres. Son matériau de constitution est choisi pour qu'elle n'adhère pas trop fortement sur la paroi interne de la gaine externe 3 , de manière à éviter des problèmes au moment du dégainage et à éviter tout risque de transmission aux fibres optiques des forces longitudinales en compression exercées sur la gaine externe 3 lorsqu'elle subit un retrait après fabrication. De plus, la présence de cette gaine intermédiaire 4 empêche, de manière avantageuse, le glissement des fibres optiques dans le câble lors de son installation en vertical, alors que la structure selon le premier mode de réalisation nécessite des précautions particulières pour y remédier telles que la pose d'un cabestan en partie haute par exemple. Cette gaine intermédiaire 4 présente donc une faible résistance à la traction qui est de l'ordre de quelques newton, puisque ce n'est pas elle qui est soumise aux efforts de traction et de compression mais la gaine externe 3. Elle est toutefois relativement élastique puisqu'elle présente un allongement à la rupture de l'ordre de 110%. Elle présente par ailleurs une faible épaisseur, comprise entre 0,10 et 0,30 mm. Typiquement, cette épaisseur est de l'ordre de 0,15 mm pour une contenance de six fibres. Ainsi, elle peut être facilement découpée et faciliter l'accessibilité aux fibres optiques 1 qu'elle renferme . De préférence, le matériau de constitution de cette gaine intermédiaire 4 comprend un mélange d ' élastomères thermoplastiques choisi parmi des polyesters, des polyoléfines etc.. Par ailleurs, le matériau de constitution de la gaine intermédiaire 4 est également choisi de telle sorte qu'il présente un coefficient de dilatation thermique faible,
typiquement inférieur à 1,5. 10"4 /°C. Ainsi, le matériau de constitution de la gaine intermédiaire 4 se déforme peu sous l'influence de la température, c'est-à-dire que, quel que soit l'environnement et les changements climatiques, il conserve ses propriétés. La gaine externe 3 est réalisée dans un matériau identique à celui utilisé dans le premier mode de réalisation et présente les mêmes caractéristiques mécaniques et thermiques. Pour une contenance de six fibres, elle présente de préférence une épaisseur comprise entre 0,15 et 0,25 mm. D'autre part, il peut être avantageux, dans une variante de réalisation, de prévoir l'utilisation d'un matériau ou additif, tel qu'un lubrifiant par exemple, entre les deux gaines externe 3 et intermédiaire 4, de manière à diminuer encore les risques d'adhérence trop forte entre les deux gaines, qui serait alors préjudiciable à l'accès aux fibres optiques 1. Le matériau utilisé peut alors être, par exemple, un gel silicone. Enfin, tout comme dans le premier mode de réalisation, on peut prévoir l'utilisation d'un produit d' étanchéité longitudinale 2, tel qu'un gel, une huile ou des éléments gonflant en présence d'eau, comme une poudre ou du talc par exemple, dans l'enveloppe constituée par la gaine intermédiaire 4, en contact avec les fibres. Un tel produit 2 de remplissage permet de limiter le frottement ou le collage des fibres optiques entre-elles et avec la gaine intermédiaire 4. Ces deux modes de réalisation permettent donc de fabriquer des micro-câbles ayant une capacité maximale de six fibres optiques, présentant un diamètre inférieur à 1,5 mm, de préférence de 1,4 mm, et comportant au moins une gaine dont l'épaisseur est comprise entre 0,15 et 0,35 mm. Le poids des micro-câbles ainsi obtenus est inférieur à 2g/m. Le diamètre et le poids de ces câbles sont
déterminant vis-à-vis de l'aptitude à la pose. En effet, ces valeurs de diamètre et de poids permettent d'obtenir un câble dont le poids linéique est réduit par rapport aux câbles traditionnels, ce qui facilite la portance du câble dans le flux d'air. Différents essais ont été réalisés pour valider l'aptitude à la pose des micro-câbles fabriqués selon l'une ou l'autre des structures qui viennent d'être décrites. Ces essais ont consisté en un essai de frottement et un essai de raideur. L'essai de frottement a consisté à mesurer le frottement entre le micro-câble et le micro-tube dans lequel il est inséré. Le principe de cet essai est de faire tourner le câble dans le tube réalisant un parcours en boucle fermée. Le frottement du câble dans le tube peut ainsi être étudié en fonction de plusieurs paramètres d'un parcours présentant une configuration proche de la réalité. Ainsi, le frottement est étudié en fonction des rayons de courbure du tube, des changements de direction des coudes ou de la longueur du parcours. Le banc de frottement utilisé pour faire l'essai comporte six modules spécifiques : un module entraîneur pour entraîner le câble, un module de tension pour appliquer un effort de tension sur le câble en entrée du micro-tube, un module mesureur, constitué par une jauge de pression, pour mesurer la tension exercée sur le câble, un système d'acquisition des mesures, une interface de contrôle et de visualisation des mesures, et un circuit modulable et bouclé constitué du micro-tube simulant un élément de parcours d'un réseau. L'essai de frottement a été réalisé dans les conditions suivantes : le câble a été introduit dans le micro-tube constituant le circuit modulable et bouclé. Ce circuit modulable et bouclé comporte par exemple quatre angles droits de 40 mm de rayon. Le câble était serti en
extrémité pour former une boucle. Le câble a été entraîné dans la boucle du circuit jusqu'à atteindre 100 mètres puis 500 mètres. La vitesse d'entraînement du câble était de 40m/min, la température ambiante était comprise entre 18 et 25°C, le degré d'humidité ambiant était compris entre 40 et 90%RH, et le diamètre intérieur du micro-tube était inférieur ou égal à 6 mm. Le frottement obtenu du câble contre le tube est inférieur ou égal à 0,1 sur la distance de 100 m et inférieur ou égal à 0,15 sur la distance de 500 m. L'essai de raideur revient en fait à un essai de flambage utilisé de manière courante dans le domaine de l'automobile pour mesurer la rigidité des fils électriques. Les valeurs de résistances au flambage mesurées sur les câbles selon l'un quelconque des modes de réalisation de l'invention sont comprises entre 20 et 40 N. Les valeurs les plus typiques sont comprises entre 25 et 30 N. Par ailleurs, les câbles réalisés selon les structures décrites dans les deux modes de réalisation présentent une résistance à la traction supérieure à 1,2 daN, pour les câbles contenant de 2 à 4 fibres, et supérieure à 1,5 daN pour les câbles contenant 6 fibres, avec un allongement relatif des fibres limité à 0,3%, une résistance à l'écrasement supérieure à 3 daN/cm, une résistance aux chocs supérieure à 0,5 N.m, une résistance au cisaillement supérieure à 10 N, une résistance à la courbure jusqu'à un rayon minimum de 20 mm et une résistance à la pliure jusqu'à un rayon minimum de 20 mm. Les essais ont été validés avec succès. Les câbles réalisés selon les structures présentées dans les deux modes de réalisation décrits sont donc adaptés à la technique de pose par poussage - tirage. Les caractéristiques des matériaux de constitution des différentes gaines des câbles concourent à la réalisation
de câbles performants pour la pose. Les performances des câbles, particulièrement leur résistance à la pliure, à la courbure, à l'écrasement et leur raideur concourent également à la réalisation de câbles performants pour la pose .