Histoire et Fabrication de la Fibre Optique


 

Introduction aux fibres optiques.

La capacité à transmettre plus d'informations sur de plus longues distances a chamboulé les secteurs de l'informatique, de l'aérospatial, des communications sans fil et par satellite, …

Tout ce développement n'a été possible que depuis l'utilisation de la fibre optique et comme la technologie demande toujours plus de performance, la fibre optique va continuer de se développer.

Qu'est-ce que la fibre optique ?

La fibre optique est un long câble composé de centaines de brins de verre ultra purs mesurant le diamètre d'un cheveu. Ces brins peuvent transmettent des signaux lumineux sur des centaines voire des milliers de kilomètres et sont protégés par une gaine.

Le cœur de la fibre optique est le noyau dans lequel va se propager la lumière. La gaine optique qui entoure le cœur permet de refléter la lumière et de la guider. La gaine isolante quant à elle, permet de protéger la fibre de l'humidité, de la saleté et d'autres facteurs environnementaux.

Il existe deux types de fibre. La fibre optique monomode a un petit noyau (2-9 micron) et ne supporte qu'un seul mode pour propager la lumière contrairement à la fibre multimode qui elle, a un plus gros noyau (25-200 microns) et supporte plusieurs modes ce qui permet des phénomènes de dispersion plus complexes. La monomode est plutôt utilisée pour des utilisations longue distance alors que la multimodale s'utilise avec des applications à faible vitesse et de courtes distances comme des réseaux LAN par exemple.

La fibre optique contre le cuivre.

Bien que le système de transmission optique soit semblable à celui du cuivre, les fibres optiques tendent à les remplacer. En effet, elles sont beaucoup plus performantes.

La fibre optique est moins chère, les câbles sont plus fins et ont surtout une large capacité transmission. Elles fonctionnent particulièrement bien pour transmettre des données numériques. Par ailleurs, comme elles ne transportent pas d'électricité, le danger est plus faible. Enfin, les fibres optiques sont plus légères que les câbles en cuivre, prennent moins de place, et sont également flexibles.

Historique des fibres optiques.

L'histoire débuta à l'époque Romaine mais ce fut le premier ‘télégraphe optique' inventé dans les années 1790 par le français Claude Chappe, qui servit réellement de point de départ au développement de la fibre optique. Pendant tout le 18ème siècle, Chappe fut relayé par d'autres chercheurs.

La fibre optique au 19ème siècle.

Les physiciens Daniel Collondo et Jacques Badinet découvrirent en 1840 que la lumière pouvait être guidée dans un matériau offrant un haut degré de réflexion. En 1854, John Tyndall, un physicien britannique, démontra que la lumière pouvait se propager à travers un tube d'eau par de multiples réflexions internes.

En 1880, Alexander Graham Bell breveta le « photophone », un système de réseau téléphonique optique qui a largement aidé le développement des fibres optiques. La même année, William Wheeler inventa un système de « tubes de verres » pour transporter la lumière dans du verre. En 1888, les professeurs Viennois Roth et Reuss utilisèrent aussi des « tubes en verres » pour illuminer des cavités du corps humain.

Par la suite, Henry Saint-Rene utilisa les découvertes précédentes pour guider des images dans des télévisions en 1895. Par ailleurs, un brevet fut appliqué à la découverte de l'américain David Smith : il mit au point un bloc d'éclairage dentaire en utilisant une tige en verre incurvée.

La fibre optique avance dans les années 1900.

Hansell inventa un dispositif pour transmettre des images et des fax grâce à des fibres en verres ou en plastique. Ce dispositif fut breveté en 1926. Ensuite, Heinrich lamm fut la première personne à transmettre l'image d'un filament d'ampoule dans un faisceau de fibres de quartz en 1930. Son but était de réussir à observer des parties du corps jusqu'à lors inaccessibles.

En 1955, un étudiant nommé Larry Curtiss fut embauché par Basil Hirschowitz et C. Wilbur Peter pour travailler sur leur projet d'endoscope pour fibre optique. En 1956, Curtiss fabriqua les premiers faisceaux de fibres de verre conduisant la lumière et en 1957, Hirschowitz utilisa l'endoscope sur un patient.

En 1961, Elias Snitzer publia une description théorique de la fibre optique monomode. En 1970, les scientifiques de Corning Glass Works développèrent la première fibre optique monomode pouvant être utilisée dans les réseaux de communication.

En 1973, les laboratoires Bell développèrent le processus de déposition en phase vapeur modifiée qui est toujours utilisé aujourd'hui pour fabriquer les fibres optiques.

Le premier système de communication téléphonique optique fut testé par les anglais en 1975 puis installé peu après aux Etats-Unis.

Vers la fin des années 1970, les compagnies de téléphones repensèrent leurs infrastructures et installèrent de la fibre optique. Au milieu des années 1980, la société Sprint fut entièrement dotée d'un réseau fibre optique.

En 1991, Desurvire et Payne démontrèrent l'amplification optique. Cette découverte permit la création de l'internet haut débit.

Par la suite, les premiers câbles en fibre optique sous marins furent développés et installés. On se rappelle par exemple du TPC-5CN qui a été installé dans l'Océan Pacifique en 1996 ou du FLAG en 1997 qui devint le plus long câble réseau du monde.

Aujourd'hui, les secteurs médicaux, informatiques, militaires, de la télécommunication, de l'industrie… utilisent les systèmes de fibre optique pour une large variété d'applications.

 

Un marché en pleine expansion.

En 1999, il a été estimé que 14,6 billions de dollars furent dépensés dans du matériel pour fibre optique. Cette croissance fulgurante du marché fut considérablement aidée par le développement d'Internet.

Aujourd'hui, de plus en plus de sociétés en tout genre, d'usines, d'hôpitaux, d'institutions utilisent la fibre optique pour leurs installations.

Le ralentissement de la croissance des équipements optiques.

La fibre optique a été utilisée dans de nombreuses applications au cours des 10 dernières années, passant par une phase exceptionnelle de croissance dans les années 1990. Mais avec le recul, les sociétés décidant d'installer de la fibre se sont faites moins nombreuses.

Les facteurs liés à ce ralentissement ont été le coût d'installation initial, celui de la maintenance ainsi le temps à consacrer pour changer les équipements optiques. Un autre facteur a été le manque de production et de standardisation dans l'industrie des fibres optiques. Aussi, la perte optique due au recourbement des câbles pouvant être mal appréhendée, a été un des facteurs liés au ralentissement de l'achat des fibres optiques.

Cependant, ces désavantages ont rapidement été traités. En effet, les fabricants de fibre, de connecteurs, d'instruments de test et de produits d'entretiens ont par exemple, standardisé leur production. Et en ce qui concerne les prix des équipements optiques, la concurrence grandissante dans ce secteur fera surement baisser les prix petit à petit.

Les solutions concernant la perte de signal optique prévues pour le futur.

Le problème de perte optique se réduit au fur et à mesure que la technologie de la fibre optique s'améliore. Corning INC, un des fournisseurs important de fibres, a récemment annoncé une nouvelle conception qui permettra de plier les fibres sans perdre de signal optique. Cette nouvelle technologie est appelée la Nanostructure (TM) et incitera surement de nombreux nouveaux consommateurs. Cette technologie sera compatible avec les normes de l'industrie et pourra être installée avec les mêmes procédures que les autres réseaux de fibres optiques.

Grâce aux nouvelles technologies telles que les Nanostructures, les fibres optiques pourront être employées pour fournir partout, de nouveaux services. Les utilisateurs pourront apprécier une connexion plus rapide, un contenu de meilleure qualité et des dispositifs encore plus interactifs qu'auparavant.

Les Vidéos Online et la fibre optique.

Une des tendances populaires aujourd'hui sont les vidéos en ligne. Les fibres optiques seront de plus en plus utilisées dans ce domaine pour obtenir des images de meilleure qualité ainsi qu'un meilleur débit.

On se rend compte avec Internet que les fibres optiques deviennent incontournables pour répondre à la demande croissante de débit.

Les modems fonctionnent très bien mais ne sont pas aussi performants que pourraient l'être les fibres optiques : elles pourraient booster le potentiel d'Internet.

 

La fabrication des fibres optiques.

L'impact des fibres optiques dans notre système de communication est stupéfiant. Beaucoup se sont demandés comment ces fibres optiques sont faites : plusieurs étapes sont impliquées dans la conception telles que la fabrication de la préforme en silice ainsi que l'étirage de la fibre.

Le verre optique.

Le verre optique, qui remplace le cuivre des câbles, est un verre en silice ultra-pur qui peut être étiré en très fines fibres pour permettre la transmission d'informations sur de longues distances. Ces fibres sont composées d'un noyau intérieur (appelé cœur) contenant un indice de réfraction élevé qui permet de transmettre la lumière. Les fibres optiques sont conçues grâce à une préforme cylindrique en barreau de silice.

La préforme en silice.

Une préforme est un cylindre en verre qui peut mesurer un mètre de longueur et quelques centimètres de largeur. Elle servira à fabriquer le cœur de la fibre ainsi que la gaine optique.

Le processus de déposition en phase vapeur modifié, utilisé pour produire des matériaux de très haute performance, est aussi utilisé pour réaliser la préforme. Ce processus automatisé permet un rendement de production élevé et est bien adapté à la fabrication de câbles longue distance. Pour augmenter l'indice de réfraction de la préforme, on insère des produits chimiques dopants puis on restreint la préforme en la chauffant pour refermer le barreau de silice.

Une fois la préforme fabriquée, elle passe au contrôle qualité et est placé dans un four pour passer à la phase d'étirage de la fibre.

L'étirage de la fibre à partir de la préforme.

La tour d'étirage dans laquelle va être placée la silice fonctionne à des températures entre 1900 et 2200°C. La machine va tirer la préforme pour obtenir des fibres de verres très fines qui seront enroulées sur une bobine. Pendant l'étirage, le verre sera soumit à un test de diamètre. Ensuite, les fibres seront enrobées par d'un revêtement de protection, se verront attribuer un numéro d'identification unique et seront regroupées pour pouvoir finalement être empaquetées dans des gaines isolantes.

Une fois la fabrication terminée, il faudra tester leur débit, la résistance à la traction, la température de fonctionnement, l'indice de réfraction, la géométrie de fibre, l'atténuation, la dispersion chromatique et autres indicateurs de fonctionnement. Par ailleurs, la fibre va aussi être testée pour connaître sa capacité de conductivité si elle est utilisée dans des applications sous-marines.