Pourquoi les fibres optiques sont-elles placées dans des tubes remplis de gel? Cela évite-t-il de soumettre les fibres à des contraintes ?
La structure dans laquelle une fibre optique est placée à l’intérieur d’un tube (manchon) dont le diamètre intérieur est largement supérieur à son diamètre extérieur, et qui est rempli d’une pâte huileuse visqueuse, est appelée « structure à fibre libre » (Loose-Tube Structure) dans les ingénieries de la communication et de la détection par fibre optique.
Cette conception n’est pas destinée à fixer la fibre optique ; au contraire, son objectif physique et d’ingénierie principal est de permettre le découplage mécanique entre la fibre optique et le manchon extérieur, et d’offrir une protection chimique et physique durable.
Voici les principes physiques et mécaniques fondamentaux de cette conception :
I. Découplage mécanique : Comment éviter que la fibre optique ne subisse de contraintes ?
Dans une fibre à tube libre, le diamètre intérieur du manchon D est largement supérieur au diamètre extérieur de la fibre optique d (par exemple, le diamètre extérieur de la fibre optique n’est que de 125 \ \mu\text{m} à 250\ \mu\text{m}, tandis que le diamètre intérieur du tube de protection est généralement de 1.0\ \text{mm} à 2.0\ \text{mm} ou plus).
- Utilisation de la « longueur excédentaire de fibre » (Excess Fiber Length, EFL)
Lors de la fabrication des câbles à fibre optique à tube libre, la longueur de la fibre optique est intentionnellement contrôlée pour être légèrement supérieure à celle du tube de protection (c’est-à-dire qu’il y a une longueur excédentaire, généralement entre 0.1\ \% et 1.0\ \%). Cela signifie que la fibre optique n’est pas tendue en ligne droite dans la cavité du tube, mais forme une légère courbure en spirale ou en vague. - Libération de la contrainte de traction
Lorsque le câble est soumis à une traction (par exemple, une tension externe, une force de traction lors de la pose ou une dilatation/contraction thermique), le manchon extérieur s’allonge. Comme l’espace dans le tube est généreux, la fibre optique peut glisser librement dans la cavité du tube et libérer la longueur excédentaire en « s’aplatissant » à partir de son état spiralé. Tant que l’allongement du manchon reste dans la plage de la longueur excédentaire de conception, la fibre optique elle-même ne supporte aucune contrainte de traction, et sa contrainte axiale reste toujours de 0. - Gestion des différences de coefficients de dilatation thermique
Les coefficients de dilatation linéaire de différents matériaux (tels que le verre de silice et l’acier inoxydable ou le plastique extérieur) varient considérablement. Lorsque la température ambiante change radicalement, le manchon extérieur se contracte ou se dilate de manière significative. La structure à tube libre permet à la fibre optique de s’adapter automatiquement aux changements de longueur du manchon en augmentant ou en diminuant son degré de courbure en spirale dans la cavité spacieuse, évitant ainsi que la fibre optique ne se brise par traction ou ne subisse des pertes par micro-courbure dues à la compression.
II. Rôle clé de la pâte de remplissage (Fiber Gel)
La pâte de remplissage (généralement une pâte thixotrope bloquant l’eau) à l’intérieur du tube n’est pas destinée à coller la fibre optique ; c’est un milieu hydrophobe semi-fluide à haute viscosité, dont le rôle est crucial :
- Prévention de la « corrosion sous contrainte » (Stress Corrosion) induite par les molécules d’eau
Le verre de silice ( SiO_2 ), lorsqu’il est soumis à une légère contrainte et en contact avec des molécules d’eau ( H_2O ), subit une réaction chimique :SiO_2 + H_2O \rightarrow 2SiO-HCela entraîne la rupture des liaisons chimiques de la silice, provoquant une expansion rapide des micro-fissures à la surface de la fibre optique, ce qui entraîne une rupture fragile soudaine de la fibre optique bien en deçà de sa limite théorique de résistance à la traction. La pâte est hautement hydrophobe ; elle enveloppe complètement la fibre optique, la protégeant ainsi de l’humidité et empêchant l’eau de pénétrer axialement en cas de dommage au manchon. - Amortissement mécanique et protection contre les micro-courbures
La pâte, par sa viscoélasticité, offre un coussin à la fibre optique. Lorsque le câble est soumis à des vibrations externes à haute fréquence, des chocs ou des pressions latérales localisées, la pâte absorbe et dissipe une partie de l’énergie mécanique, jouant un rôle d’amortissement et d’absorption des chocs, empêchant la fibre optique de subir des micro-courbures violentes et localisées (pertes par micro-courbure), garantissant ainsi la stabilité de la transmission du signal optique.
III. Câbles à fibre optique à tube libre en acier inoxydable sans soudure de qualité industrielle
Dans les applications de fibres optiques haut de gamme et de détection distribuée de Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®), nous combinons ce principe de « tube libre » avec des technologies de fabrication de métaux de haute résistance pour lancer une série de câbles à fibre optique basés sur des tubes en acier inoxydable sans soudure (c’est-à-dire Fibre dans Tube Métallique, FIMT - Fiber in Metal Tube).
Dans cette structure, le tube en acier inoxydable sert de barrière de protection physique robuste qui supporte la majeure partie de la pression externe et des contraintes de traction, tandis que la pâte à haute température ou l’espace d’air spécial à l’intérieur du tube garantissent que la fibre optique reste libre de contraintes dans des conditions industrielles difficiles (telles que la diagraphie pétrolière, la surveillance géothermique).
Les produits typiques comprennent :
- OFSCN® 85°C Seamless Steel Tube Fiber Cable : Utilise un tube en acier inoxydable sans soudure pour l’encapsulation, rempli de pâte bloquant l’eau, capable d’accueillir des fibres optiques monomodes ou multimodes, offrant une protection exceptionnelle contre l’humidité et les contraintes externes de traction/compression.
- OFSCN® 200°C Seamless Steel Tube Fiber Cable : Conçu pour les environnements à température moyenne à élevée, utilise une structure à tube libre en acier inoxydable pour protéger les fibres optiques revêtues de polyimide, évitant les dommages dus aux contraintes thermiques et mécaniques dans des conditions difficiles.
