FR2563634A1 - Fibre optique protegee contre l'absorption d'hydrogene gazeux - Google Patents

Abstract

L'INVENTION SE RAPPORTE AUX FIBRES OPTIQUES. UNE FIBRE OPTIQUE 1 EST PROTEGEE CONTRE L'ABSORPTION DE L'HYDROGENE GAZEUX PAR AU MOINS UNE COUCHE DE REVETEMENT 2 CONTENANT UN OU PLUSIEURS METAUX DU GROUPE III, IV, V OU VIII DE LA CLASSIFICATION PERIODIQUE. PRINCIPALES APPLICATIONS: FIBRES OPTIQUES INCORPOREES DANS DES CABLES.

Description

La présente invention concerne une fibre opti-

que protégée contre l'absorption d'hydrogène gazeux, en particulier lorsque la fibre optique est incorporée dans

un câble.

Dans les câbles comprenant une ou plusieurs fi-

bre(s) optique(s), on observe quelquefois une détériora-

tion des propriétés de transmission des fibres dans le cas o celles-ci sont soumises à l'action de l'hydrogène qui peut être engendré de façon quelconque (aussi bien

par des éléments extérieurs au câble que par des élé-

ments intérieurs de ce câble).

En fait, les caractéristiques mécaniques de la

fibre sont elles aussi influencées bien que, normale-

ment, ce soient surtout les effets macroscopiques d'ac-

croissement de l'atténuation que l'on observe en premier lieu.

Les fibres qui se trouvent dans de telles condi-

tions présentent en fait un accroissement d'atténuation

pour les longueurs d'onde supérieures à un micron, c'est-

à-dire dans l'intervalle de longueurs d'onde utilisé

pour la transmission du signal.

Les fibres optiques comprennent en général une structure vitreuse formée d'un coeur et d'une gaine, du type à saut d'indice ou à gradient d'indice, ou encore, d'un autre genre, et un revêtement primaire appliqué à la fibre immédiatement après sa formation dans le but

d'éviter tout contact direct entre la fibre et l'environ-

nement extérieur. Au-dessus de ce revêtement primaire, on applique d'autres revêtements protecteurs constitués, par exemple, par une couche de caoutchouc de silicone ou par une couche plus rigide, ou encore par un tube, par

exemple en Nylon (marque déposée).

Un câble à fibres optiques comprend générale-

ment une ou plusieurs fibre(s) optique(s) logée(s) dans

une gaine en même temps qu'un ou plusieurs élément(s) ré-

sistant(s) à la traction. Cette gaine, qui peut être mé-

tallique ou non, est à son tour entourée par d'autres

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éléments mécaniques tels que des armatures, revêtements, etc.. Des expériences exécutées par la demanderesse

ont permis d'établir qu'une première source d'accroisse-

ment de l'atténuation dans les fibres optiques incorpo- rées dans un cable est constituée par l'hydrogène qui,

lorsqu'il a diffusé dans les fibres, est capable d'ab-

sorber de l'énergie avec un spectre d'absorption qui com-

prend les longueurs d'onde utilisées pour le signal op-

tique.

Dans certaines conditions déterminées, ce phéno-

mène est réversible et l'atténuation peut se réduire, mê-

me de façon appréciable, si l'hydrogène a la possibilité de diffuser vers l'extérieur de la fibre (par exemple

par suite d'une diminution de la concentration extérieu-

re d'hydrogène qui a provoqué le phénomène).

Au contraire, dans d'autres cas, on a pu éta-

blir qu'une deuxième source d'atténuation est à attri-

buer à des réactions chimiques qui se produisent entre les principaux constituants de la fibre (par exemple

Sio2) et/ou ses dopants (GeO2, P205, etc.) et l'hydrogè-

ne qui a diffusé dans la fibre elle-même.

Le résultat de ces réactions est la formation de groupes qui contiennent le radical hydroxyle (OH) qui sont responsables de l'absorption à d'autres longueurs

d'onde également utilisées pour la transmission. Ces der-

nières réactions sont irréversibles et la détérioration

correspondante des propriétés de la fibre est donc prévi-

sible dans toutes les conditions de service.

Les paramètres qui régissent ces phénomènes sont, en dehors de la composition chimique de la fibre, la pression partielle d'hydrogène à laquelle la fibre

est exposée, la température et, naturellement, le temps.

La fibre peut entrer en contact avec l'hydrogè-

ne engendré à l'intérieur du cable aussi bien pendant le processus de fabrication du câble que pendant le service de ce câble. En effet, l'hydrogène peut être émis par des éléments métalliques ou non métalliques présents

dans le câble, qui ont absorbé ce gaz pendant les proces-

sus de production, affinage ou finissage des matériaux

qui les constituent.

L'hydrogène peut également se dégager en rai- son d'une éventuelle dégradation chimique par oxydation

de matières organiques constituant le câble, ou par ré-

action de l'eau (qu'elle soit à l'état liquide ou à l'état de vapeur) éventuellement présente du câble, avec

des éléments métalliques constitutifs du câble lui-

même. Certains matériaux organiques utilisés dans le revêtement de la fibre sont en mesure de produire de

l'hydrogène en raison de réactions chimiques de différen-

tesnatures. On a constaté qu'une source d'hydrogène est

constituée par les revêtements protecteurs et, en parti-

culier par le caoutchouc de silicone, pour lequel on con-

sidère que le processus de réticulation se prolonge dans

le temps, en entraînant un dégagement d'hydrogène juste-

ment au niveau de la surface des fibres. La diffusion de

l'hydrogène se produit tant vers la fibre que vers l'ex-

térieur et elle ne provoque pas de phénomènes apprécia-

bles sur la fibre isolée parce que, dans ce cas, l'hydro-

gène se disperse dans l'atmosphère environnante.

Au contraire, lorsque la fibre est contenue dans un câble fermé et ne dispose pas d'un volume libre

suffisant, la concentration de l'hydrogène peut attein-

dre des valeurs relativement élevées qui provoquent une diffusion appréciable de l'hydrogène également vers la

fibre, diffusion qui est favorisée par le fait que le re-

vêtement d'o l'hydrogène se dégage est très proche de

la fibre.

La diffusion de l'hydrogène à travers les di-

vers milieux matériels se produit à une vitesse croissan-

te lorsqu'on passe des métaux aux polymères, aux liqui-

des et aux gaz. Par conséquent, selon le type de câble

et selon l'environnement dans lequel le câble est utili-

sé, on observera différentes vitesses d'émission de l'hy-

drogène produit par les éléments constitutifs du câble et différentes vitesses d'absorption par le câble de l'hydrogène éventuellement produit à l'extérieur de ce câble et qui se transmet à travers l'environnement de service. Ces diverses vitesses influent sur la valeur de la pression partielle de l'hydrogène -à l'intérieur du câble, qui sera fonction du temps: plus la pression et

la durée sont grandes, plus élevé est le niveau de ris-

que pour les fibres.

Compte tenu de la durée de vie d'un câble à fi-

bres optiques, dans les conditions prévisibles de tempé-

rature et de pression, la vitesse de diffusion de l'hy-

drogène à travers les métaux est tellement basse que les gaines métalliques d'épaisseur habituelle peuvent être

considérées comme pratiquement impénétrables par l'hydro-

gène. Les câbles à gaine métallique, spécialement s'ils ne renferment qu'un petit volume intérieur, sont ceux qui peuvent présenter le plus particulièrement,dans

des temps brefs et à des niveaux élevés des accroisse-

ments d'atténuation dûs à l'hydrogène dégagé par les élé-

ments situés à l'intérieur de la gaine.

Le but de la présente invention est de réaliser

une fibre optique protégée contre l'absorption d'hydrogè-

ne gazeux qui peut être présent dans le câble qui con-

tient la fibre.

Selon l'invention, on obtient cette protection

en prévoyant autour de la couche vitreuse la plus exté-

rieure de la fibre un ou plusieurs revêtement(s) conte-

nant des métaux qui sont en mesure de se combiner avec l'hydrogène et qui forment en conséquence une barrière

au niveau de ce revêtement.

La fibre optique selon l'invention, qui est mu-

nie d'au moins un revêtement protecteur, est caractéri-

sée en ce qu'elle comprend, dans au moins l'un de ces re-

vêtements protecteurs, un ou plusieurs métaux des grou-

pes III, IV, V et VIII de la classification périodique

en tant que protection contre l'absorption de l'hydrogè-

ne gazeux par la fibre.

Parmi ces métaux, ceux qui se sont révélés par-

ticulièrement bien appropriés sont les suivants: le lan- thane pour le groupe III, le titane, le zirconium, le hafnium pour le groupe IV, le vanadium, le niobium, le tantale pour le groupe V et le palladium pour le groupe VIII, sous la forme de métaux purs, de leurs alliages ou

de leurs composés intermétalliques.

En présence d'hydrogène, les éléments énumérés

ci-dessus tendent à former des solutions solides inters-

ticielles assimilables à- des hydrures et dotées d'une bonne stabilité, et ceci permet de réduire la pression partielle d'hydrogène dans le câble jusqu'à des valeurs qui sont en équilibre avec la solubilité de l'hydrogène

dans ces éléments.

Les éléments précités sont de préférence soumis à un traitement thermique sous vide à des températures de quelques centaines de degrés centigrades avant d'être

utilisés dans la confection du câble, ceci afin d'élimi-

ner l'hydrogène éventuellement déjà absorbé et/ou l'oxy-

gène de combinaison.

Les figures du dessin annexé,données uniquement

à titre d'exemple, feront bien comprendre comment l'in-

vention peut être réalisée. Sur ce dessin, la figure 1 représente schématiquement en coupe

une fibre optique munie d'un revêtement primaire métalli-

que; la figure 2 montre schématiquement en coupe une fibre optique munie d'un revêtement primaire; la figure 3 montre schématiquement en coupe une

fibre optique munie d'un revêtement primaire et d'un re-

vêtement secondaire; la figure 4 montre schématiquement en coupe une

fibre optique munie d'un revêtement primaire et d'un re-

vêtement secondaire entre lesquels est interposée une couche formant coussin; et la figure 5 montre schématiquement en coupe une

fibre optique du type à structure lâche, c'est-à-dire lo-

gée avec jeu dans un tube.

Comme on peut le voir en se reportant à la figu- re 1, une fibre optique élémentaire comprend une partie vitreuse 1 d'un type quelconque, c'est-àdire du type là

saut d'indice", "à gradient d'indice" ou d'un autre ty-

pe, et un revêtement primaire 2 adjacent à cette partie vitreuse et qui exerce des fonctions de protection par

rapport à l'environnement extérieur.

Selon une première forme de réalisation de l'in-

vention, la protection est obtenue au moyen d'une couche

de métallisation formée par une ou plusieurs des matiè-

re(s) indiquée(s). Cette couche peut constituer le revê-

tement primaire 2, qui est représenté sur la figure en

contact intime avec la structure vitreuse de la fibre op-

tique. On obtient ainsi une fibre dans laquelle le revê-

tement primaire est de type métallique et assure à la fois la fonction mécanique et la fonction de protection

contre l'absorption d'hydrogène provenant de l'environne-

ment qui entoure la fibre en service.

Selon une variante (non représentée), la couche

de métallisation est appliquée directement sur l'habi-

tuel revêtement primaire en résine réticulée. Cette cons-

truction est utilisable lorsqu'il n'est pas possible ou

qu'il n'est facile de modifier l'installation de produc-

tion de la fibre qui prévoit l'application du revêtement protecteur primaire immédiatement après le tréfilage de

la fibre optique aux dimensions désirées.

Une autre variante, également non représentée, prévoit l'application de la couche métallisée autour de

l'un des revêtements successifs.

Selon une deuxième forme de réalisation repré-

sentée schématiquement sur la figure 2, le revêtement primaire 2, en résine acrylique ou en une autre matière appropriée, contient une dispersion de poudres de l'un

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ou de plusieurs des métaux cités, ou de leurs alliages ou composés intermétalliques. Ceci permet d'incorporer les caractéristiques de protection contre l'hydrogène

dans un processus de fabrication classique.

Une troisième forme de réalisation (figure 3)

prévoit l'addition des poudres métallique dans le revête-

ment 3 qui suit immédiatement le revêtement primaire. Ce

revêtement est typiquement réalisé en caoutchouc de sili-

cone et, ainsi qu'on l'a expliqué précédemment, ce caout-

chouc peut devenir une source particulièrement dangereu-

se d'hydrogène. La présence de métaux dans ce revêtement neutralise efficacement l'hydrogène engendré avant que

ce dernier ne puisse diffuser vers la fibre.

La fibre optique représentée schématiquement

sur la figure 4 constitue une quatrième forme de réalisa-

tion de l'invention qui prévoit une dispersion de pou-

dres métalliques dans le revêtement secondaire 4, constitué par

exemple par du Nylon (meque déposée) ou un autre polymère thermo-

plastique. Dans les formes de réalisation indiquées plus haut, les particules qui constituent les poudres ont de préférence des dimensions inférieures à 10 microns et la

quantité de poudres par unité de longueur de la fibre op-

tique est déterminée par le fait qu'on atteint dans le revêtement des concentrations comprises entre 0,1 et

10 % de la résine.

Il convient de se rappeler que la fonction pro-

tectrice selon l'invention se développe à un degré qui

varie selon le revêtement dans lequel les métaux sont in-

corporés. Plus précisément, la présence d'une couche pro-

tectrice très proche de la fibre optique protège surtout cette dernière de l'hydrogène qui est engendré dans les revêtements protecteurs les plus intérieurs tandis qu'une couche protectrice plus extérieure (par exemple,

placée au-dessus de la couche de silicone) constitue sur-

tout une protection contre l'hydrogène provenant des élé-

ments du câble.

Compte tenu de ce qui précède et d'autres para-

mètres de choix qui dépendent de la structure et des con-

ditions prévisibles de service du câble, les différentes formes de réalisation exposées plus haut peuvent être

combinées dans une seule et même fibre optique.

Une autre forme de réalisation de l'invention est finalement illustrée sur la figure 5, sur laquelle une fibre optique 1 munie d'un revêtement primaire 2 est logée dans un tube 9 en matière plastique possédant un diamètre intérieur supérieur au diamètre extérieur de la fibre qui est elle-même munie des habituels revêtements

pour constituer une fibre optique du type à structure lâ-

che. Pour ce type de fibre, qui prévoit également des revêtements qui ne sont pas adhérents, la protection

peut être réalisée, non seulement à' l'aide de revête-

ments tels que ceux décrits plus haut, en prévoyant à

l'intérieur du tube 9 un gel 8 qui contient une disper-

sion de poudres des métaux précités ou de leurs alliages

ou composés intermétalliques.

En variante et/ou en combinaison, la matière qui constitue le tube peut contenir une dispersion de

poudres des métaux précités ou de leurs alliages ou com-

posés intermétalliques.

Il va de soi que des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation qui viennent d'être

décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, no-

tamment par substitution des moyens techniques équiva-

lents, sans pour cela sortir du cadre de l'invention.

R EV E N D IC AT I ON S

1 - Fibre optique munie d'au moins un revête-

ment protecteur, caractérisée en ce qu'elle comprend, dans au moins un desdits revêtements protecteurs (2, 3, 4, 8, 9), un ou plusieurs métaux des groupes III, IV, V et VIII de la classification périodique comme protec-

tion contre l'absorption d'hydrogène gazeux par des par-

ties de la fibre.

2 - Fibre optique selon la revendication 1, ca-

ractérisée en ce que lesdits métaux sont respective-

ment: le lanthane, le titane, le zirconium, le hafnium, le vanadium, le rdobium, le tantale, le palladium ou

leurs alliages ou composés intermétalliques.

3 - Fibre optique selon l'une des revendica-

tions 1 et 2, caractérisée en ce que ledit revêtement protecteur est une couche de métallisation qui recouvre

la fibre (1).

4 - Fibre optique selon la revendication 3, ca-

ractérisée en ce que ladite couche de métallisation est

la couche primaire (2) immédiatement adjacente à la cou-

che vitreuse la plus extérieure de la fibre optique (1). - Fibre optique selon la revendication 3, ca- ractérisée en ce que ladite couche de métallisation est

déposée autour d'un ou plusieurs des revêtements protec-

teurs de la fibre (1).

6 - Fibre optique selon l'une des revendica-

tions 1 ou 2, caractérisée en ce que lesdits métaux sont incorporés sous forme de poudres dans un ou plusieurs des revêtements protecteurs (2, 3, 4, 8, 9) de la fibre

optique (1).

7 - Fibre optique selon la revendication 6, ca-

ractérisée en ce que les particules qui constituent les-

dites poudres possèdent des dimensions inférieures à 10 microns et sont contenues dans une quantité suffisante pour atteindre des concentrations comprises entre 0,1 et

% de la résine du revêtement.

8 - Fibre optique selon l'une des revendica-

tions 6 et 7, caractérisée en ce que les poudres sont in-

corporées dans le revêtement primaire (2) de la fibre op-

tique (1), qui est immédiatement adjacent à la couche vi-

treuse la plus extérieure de la fibre optique.

9 - Fibre optique selon l'une des revendica-

tions 6 et 7, caractérisée en ce que lesdites poudres

sont incorporées dans un revêtement (3) immédiatement ad-

jacent au revêtement primaire (2) de la fibre optique (1).

- Fibre optique selon la revendication 9, ca-

ractérisée en ce que ledit revêtement est fait d'un

caoutchouc de silicone.

11 - Fibre optique selon l'une des revendica-

tions 6 et 7, caractérisée en ce que ledit revêtement

est le revêtement secondaire (3, 4).

* 12 - Fibre optique selon l'une des revendica-

tions 1 et 2, dans laquelle la fibre est du type à struc-

ture lâche, logée dans un tube (9) possédant un diamètre intérieur supérieur au diamètre extérieur de la fibre (1) munie des revêtements protecteurs (2), caractérisée en ce que lesdits métaux sont présentés sous la forme de poudres dispersées dans un gel (8) contenu à l'intérieur

du tube.

13 - Fibre optique selon l'une des revendica-

tions 1 et 2, dans laquelle la fibre est du type à struc-

ture lâche, logée dans un tube (9) ayant un diamètre in-

térieur supérieur au diamètre extérieur de la fibre (1)

munie des revêtements protecteurs adhérents (2), caracté-

risée en ce que lesdits métaux sont présentés sous la

forme de poudres dispersées dans ledit tube (9).