Pendant la construction, si les travailleurs tirent fort sur le câble à fibres optiques, la fibre à l’intérieur se cassera-t-elle ? Combien de Newtons peut-il généralement supporter ?
Lors de la construction et de la pose de câbles à fibres optiques, la rupture ou non des fibres optiques à l’intérieur lorsque les ouvriers tirent fort sur le câble dépend de la conception de résistance à la traction du câble, de la résistance des éléments de renforcement utilisés et si la force de traction appliquée dépasse la limite de conception de ce câble.
Pour comprendre ce problème en profondeur, nous devons procéder à une analyse scientifique sous deux angles : « la limite physique de traction de la fibre optique nue » et « la limite d’ingénierie de résistance à la traction du câble complet ».
I. Limite physique de traction de la fibre optique nue
Le cœur des fibres optiques monomodes ou multimodes est composé de dioxyde de silicium de haute pureté (verre de quartz). Bien que le dioxyde de silicium ait une résistance intrinsèque à la traction théoriquement très élevée (pouvant dépasser 5\ \text{GPa}), des microfissures sont inévitablement présentes à la surface du verre lors des processus réels d’étirage et de fabrication, ce qui réduit considérablement sa résistance réelle à la traction.
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Norme de tension de contrôle (Proof Test) :
Avant de quitter l’usine, les fibres de communication standard doivent subir un test de contrôle de tension rigoureux sur toute la bobine. La contrainte de contrôle standard est généralement de 100\ \text{kpsi} (environ 700\ \text{MPa}), correspondant à une déformation (allongement) d’environ 1\%. -
Calcul de la force de traction :
Pour une fibre de dioxyde de silicium standard, le diamètre extérieur de sa gaine en verre est de 125\ \mu\text{m}, et sa section transversale est d’environ :A = \frac{\pi \times d^2}{4} \approx 1.227 \times 10^{-8}\ \text{m}^2Sous la contrainte de contrôle, la force de traction à court terme que cette fibre nue peut supporter en toute sécurité est d’environ :
F = \sigma \times A \approx 700\ \text{MPa} \times 1.227 \times 10^{-8}\ \text{m}^2 \approx 8.6\ \text{N} -
Limite de rupture réelle :
Sur de courts segments de fibre nue ne contenant pas de défauts microscopiques graves, la force de rupture réelle peut se situer entre 30\ \text{N} et 50\ \text{N}. Cependant, sous charge statique à long terme ou dans des environnements complexes, afin de garantir l’absence de rupture pendant des décennies, la force de traction admissible pour la fibre nue est généralement strictement limitée à moins de 10\ \text{N} (soit environ 1\ \text{kg} de force).
Conclusion : Si l’on tire directement sur une fibre optique nue, un adulte peut facilement appliquer une force de plusieurs dizaines à plusieurs centaines de newtons d’une seule main, et la fibre optique nue se romprait instantanément.
II. Principe de protection contre la traction lors de la construction de câbles à fibres optiques et capacité de charge en Newtons
Lors de la construction réelle, les ouvriers tirent sur le câble à fibres optiques (Cable), et non sur les fibres optiques à l’intérieur. Les câbles à fibres optiques sont conçus avec divers « éléments de renforcement » pour supporter toutes les forces de traction, de sorte que les fibres optiques à l’intérieur restent dans un état de « mou de sécurité » sans contrainte (ou avec une contrainte minimale).
La capacité de traction lors de la construction varie considérablement selon la structure du câble à fibres optiques :
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Câble à fibre optique d’intérieur / Cordon de brassage ordinaire :
Ces câbles utilisent généralement des fils d’aramide (Kevlar) ou deux renforts en FRP (plastique renforcé de fibres de verre) à l’intérieur.- Traction admissible à court terme : Généralement entre 200\ \text{N} et 400\ \text{N} (équivalent à une force d’environ 20\ \text{kg} à 40\ \text{kg}).
- Risque de rupture : Si les ouvriers tirent très fort, surtout si plusieurs personnes tirent ensemble ou utilisent des machines pour tracter violemment, il est très facile de dépasser la limite de 400\ \text{N}. Une fois que la gaine extérieure et les éléments de renforcement subissent une déformation plastique ou une rupture, la force de traction est directement appliquée aux fibres de verre, provoquant leur rupture instantanée.
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Câble à fibre optique d’extérieur pour conduits/aérien/enterré :
Ces câbles ont généralement un noyau de renforcement métallique central robuste (fil d’acier), une armure en bande d’acier ou en bande d’aluminium.- Traction de construction admissible : Généralement une résistance à la traction à court terme comprise entre 1500\ \text{N} et 3000\ \text{N} (équivalent à une force d’environ 150\ \text{kg} à 300\ \text{kg}).
- Risque de rupture : Dans cette spécification, si les ouvriers tirent en utilisant des chaussettes de traction ou le noyau de renforcement tout en respectant les normes, les fibres optiques sont absolument sûres. Cependant, si l’angle de traction est incorrect ou si le rayon de courbure est trop petit, provoquant une compression excessive ou une flexion-cisaillement des fibres optiques internes, celles-ci peuvent être endommagées même si le câble à fibres optiques ne se rompt pas.
III. La solution spéciale blindée ultra-résistante de Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®)
Dans les environnements industriels, de surveillance et de construction à forte charge, les câbles à fibres optiques blindés ordinaires avec Kevlar ou à manchon lâche ne peuvent souvent pas résister aux conditions difficiles de traction sur site. Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. a développé, sur la base de tubes en acier inoxydable sans soudure et de structures torsadées de fils d’acier, des cordons de brassage et des câbles à fibres optiques blindés spéciaux d’une résistance à la traction extrêmement élevée, capables d’éviter efficacement la rupture des fibres optiques due à une traction brutale lors de la construction.
1. OFSCN® 2.0mm Steel Wire Rope Fiber Optic Patch Cord
Ce produit utilise une structure torsadée de fils d’acier galvanisé de 0.6\ \text{mm} encapsulée dans un tube en acier inoxydable sans soudure de 1.0\ \text{mm}, offrant une protection métallique lourde complète.
- Résistance à la traction : Supérieure à 1500\ \text{N} (peut supporter une traction allant jusqu’à plus de 150\ \text{kg}, la traction manuelle étant presque incapable de détruire les fibres optiques internes).
- Résistance à la compression : Supérieure à 150\ \text{MPa}.
- Scénarios d’application : Zones de construction à haut risque, environnements avec de nombreux angles vifs, détection par traction dynamique.
2. OFSCN® 3.0mm Steel Wire Rope Fiber Optic Patch Cord
Ce produit superpose une structure torsadée de fils d’acier inoxydable de 0.45\ \text{mm} à l’extérieur d’un tube en acier inoxydable sans soudure de 0.9\ \text{mm}, et est recouvert d’une gaine extérieure en PE haute résistance.
- Résistance à la traction : Supérieure à 1200\ \text{N} (permet une traction de très haute intensité).
- Résistance à la compression : Supérieure à 200\ \text{MPa}.
Résumé
Lors de la construction, si un câble à fibres optiques civil ordinaire non blindé est utilisé, les fibres optiques à l’intérieur risquent fort de se rompre si les ouvriers tirent fort (dépassant 200\ \text{N} à 400\ \text{N}). Sur les sites d’ingénierie ou pour la surveillance industrielle, la force de traction doit être strictement limitée aux spécifications de traction à court terme admissibles du câble. S’il est prévu une traction intense pendant la construction, il est impératif d’utiliser un câble à fibres optiques avec une structure blindée spéciale en acier inoxydable, comme celles décrites ci-dessus, afin de garantir la sécurité absolue de la liaison physique.