Bien que la fibre optique ne conduise pas l’électricité, la couche de blindage métallique et les âmes de renforcement doivent-elles être mises à la terre ?
Ceci est un problème physique et de sécurité classique et crucial dans l’ingénierie des systèmes de détection par fibre optique.
Conclusion sommaire : Il faut impérativement raccorder à la terre.
Bien que la fibre optique elle-même soit fabriquée en dioxyde de silicium (verre de quartz), offrant une isolation électrique parfaite et étant insensible à toute interférence électromagnétique (EMI), les couches de blindage métallique (telles que les tubes en acier inoxydable sans soudure, les torons de fils d’acier inoxydable, etc.) et les âmes centrales métalliques de renforcement (telles que les fils d’acier) introduites pour protéger la fibre sont des conducteurs. Ils doivent impérativement faire l’objet d’un traitement strict de protection contre la foudre et de mise à la terre.
Voici les raisons spécifiques et les normes de mise en œuvre technique expliquées sous l’angle de l’ingénierie optique et de la physique électromagnétique :
I. Raisons physiques de la mise à la terre du blindage métallique et de l’âme centrale
1. Protection contre la foudre (Lightning Strike Protection)
Lors du déploiement de câbles à fibres optiques dans des environnements extérieurs tels que des zones sauvages, des tunnels, des ponts ou des pylônes de transport d’électricité, le blindage métallique continu agit comme une ligne de capture d’éclairs sur une longue distance.
- Si le câble à fibre optique ou ses environs sont frappés par la foudre, la couche métallique induira une surtension transitoire extrêmement élevée (pouvant atteindre des dizaines de kilovolts) et un courant de foudre (I \ge 10\ \text{kA}).
- Si la couche métallique n’est pas mise à la terre, l’énorme énergie électrique libérée par la foudre n’a nulle part où se dissiper. Elle se propagera le long de la couche métallique dans les deux directions, générant une chaleur Joule extrêmement élevée (Q = I^2 R t), ce qui doit faire fondre la gaine extérieure en acier inoxydable du câble à fibre optique, brûler la couche de revêtement de la fibre optique, voire rendre le cœur de verre directement fragile et cassant.
- De plus, le courant de foudre à haute tension se propagera le long du blindage métallique jusqu’aux équipements de démodulation optoélectronique à l’intérieur des locaux, provoquant une décharge au niveau du terminal et détruisant instantanément l’onéreux démodulateur à fibre optique, voire provoquant un incendie.
2. Induction électromagnétique et élimination du courant fort (Electromagnetic Induction)
Les systèmes de détection distribuée par fibre optique (DTS, DVS, DOFS) ou par réseau de Bragg sur fibre (FBG) sont souvent déployés dans des environnements électromagnétiques à haute tension tels que les sous-stations électriques, les tunnels de câbles à haute tension ou les lignes de contact du transport ferroviaire.
- Les champs électromagnétiques alternatifs intenses induiront une force électromotrice d’induction alternative sur le tube de blindage métallique de longue distance.
- Sans mise à la terre, une tension dangereuse par rapport à la terre s’accumulera sur la couche métallique, présentant non seulement un risque de choc électrique pour le personnel de maintenance sur site, mais pouvant également provoquer une décharge à travers les brides métalliques du terminal et le boîtier de l’équipement, générant du bruit électromagnétique à haute fréquence.
3. Connexion équipotentielle et dissipation de l’électricité statique
Les charges électrostatiques générées par friction, par le vent ou dans des environnements industriels peuvent s’accumuler à la surface du blindage métallique. Par la mise à la terre, ces charges statiques et parasites peuvent être évacuées en temps voulu vers la terre, maintenant ainsi le blindage extérieur de l’ensemble du réseau de capteurs à un potentiel égal à celui de la terre.
II. Normes de mise à la terre lors de la construction de l’ingénierie
Conformément aux normes d’ingénierie de protection contre la foudre et l’électricité statique (par exemple, exigence de résistance de terre R_g \le 10\ \Omega, et pour la terre combinée R_g \le 1\ \Omega), les systèmes de détection par fibre optique doivent suivre les principes suivants :
- Connexion équipotentielle au terminal : Lorsque le câble à fibre optique pénètre dans l’armoire de commande, le panneau de brassage de fibres optiques (ODF) ou la boîte de jonction intérieure, le blindage métallique (par exemple, le tube en acier inoxydable) et l’âme centrale métallique doivent être dénudés et connectés électriquement à l’aide d’une pince de mise à la terre métallique dédiée (Grounding Clamp), puis introduits dans le barrette de terre combinée intérieure via un fil de cuivre de mise à la terre.
- Mise à la terre de la boîte de jonction intermédiaire : Pour les câbles à fibre optique de longue distance, aux points de soudure des boîtes de jonction en extérieur, le blindage métallique et l’âme centrale des deux extrémités du câble doivent être connectés électriquement par un fil de pontage à l’intérieur de la boîte de jonction et reliés au réseau de terre de protection contre la foudre.
- Isolation optoélectrique : Avant d’entrer dans les équipements centraux tels que le démodulateur à fibre optique, une transition est effectuée à l’aide de cordons de raccordement de fibres optiques ou de queues de cochon (cordons souples sans blindage métallique ni âme centrale métallique) pour assurer l’isolation physique et la dissipation de la haute tension et du courant de foudre avant qu’ils n’atteignent l’instrument optique de précision.
III. Explication des produits OFSCN® pertinents (大成永盛)
Les câbles à fibre optique pour puits de pétrole à haute température en tube d’acier inoxydable sans soudure produits par Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (大成永盛) ont pour avantage principal l’utilisation de tubes en acier inoxydable sans soudure (SST) comme couche de protection, offrant une résistance mécanique à la traction et une résistance à la température extrêmement élevées. Cependant, lors de l’installation technique, en raison de la continuité de leur gaine entièrement métallique, la mise à la terre de protection contre la foudre est particulièrement importante.
Par exemple, les produits typiques suivants :
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OFSCN® Double-Layer High-Temperature Downhole Fiber Optic Cable Lien officiel
Ce produit adopte une double couche de tubes en acier inoxydable pour l’encapsulation, le matériau standard étant l’acier inoxydable 316L. Dans des environnements électromagnétiques et de foudre complexes tels que l’extraction pétrolière en puits et la surveillance géothermique, l’extrémité tubulaire en acier au niveau de la tête de puits doit être mise à la terre de manière fiable et équipotentielle à la structure métallique ou à la terre du système de la tête de puits à l’aide d’une pince de mise à la terre.
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OFSCN® 200°C Seamless Steel Tube Fiber Cable Lien officiel
Il utilise une seule couche de tube en alliage pour l’encapsulation. Dans les projets de mesure de température/déformation distribuée sur longue distance, la surface de ce câble à fibre optique doit être mise à la terre conformément aux réglementations pour le partage de courant de foudre dans les boîtes de jonction et les armoires de terminaison à chaque section.
En résumé, « la fibre optique ne conduit pas l’électricité » n’équivaut pas à « le système de câble à fibre optique n’a pas besoin de protection contre la foudre ». La présence d’un blindage métallique et d’une âme centrale renforçée impose que les câbles à fibre optique de détection soient impérativement mis à la terre de manière fiable conformément aux réglementations de protection contre la foudre pour les courants forts ou les télécommunications.