EuroWire March 2015

Article technique

optique, c’est-à-dire la probabilité d’une rupture de la fibre pendant les essais. Cette probabilité n’est pas constante et peut varier dans les fibres fabriquées dans différentes conditions ou en utilisant les matières premières. La Figure 1 montre une courbe de probabilité d’erreur pour une fibre de silice générée par un équipement de l’auteur en utilisant une longueur de référence de 10m pour illustrer une gamme de défauts rencontrés dans les fibres optiques. La figure montre deux zones: la zone I (résistance intrinsèque) et la zone II (résistance extrinsèque). La courbe illustre les principales zones exigeant d’être caractérisées pour prédire la fiabilité à long terme de la fibre. La zone I est la zone de haute résistance intrinsèque. La fibre étudiée montrait la résistance intrinsèque du verre à ~4,6GPa, qui est considérablement supérieure à la limite de 3,1GPa recommandée par la norme Telecordia Gr-20. L’essai de résistance avec une longueur de référence courte dans cette zone peut être utilisé pour déterminer la valeur n, qui est supérieure à 20 pour la fibre examinée. La résistance intrinsèque et les valeurs n sont typiquement spécifiées par les utilisateurs finals pour garantir la fiabilité à long terme du câble. Malheureusement, la portion extrinsèque indiquée comme zone II, joue un rôle important dans la caractérisation de la fiabilité à long terme du câble optique. Cette zone contient des défauts plus proches du niveau d’essai et ces derniers sont espacés à une distance pouvant être également de plusieurs kilomètres. Au fil du temps, ces défauts peuvent amener à des ruptures de la fibre si le câble est laissé sous tension. La compréhension de cette zone exige des informations qui ne peuvent être obtenues qu’en mesurant plusieurs kilomètres de fibre. Des niveaux d’essai plus élevés permettront d’éliminer certains des défauts plus importants de la fibre. Toutefois, il est difficile de déterminer avec précision l’effet sur la fiabilité de la fibre optique dans un câble installé sans plus d’informations concernant la distribution générale des défauts dans la fibre. Une façon pour expliquer cela pourrait consister à soumettre le câble de fibre optique à un essai à un niveau proche de la résistance intrinsèque de la fibre ou à environ 3,8GPa (550kpsi). Si l’on soumet un échantillon de fibre de 1 000m générée par cette expérience à un effort constant de 110kpsi, on aurait probablement la rupture de la fibre en l’espace d’un jour ou bien avant les 40 ans de durée prévue.

Fibre testée à 0,69GPa à 20 pour cent de charge à long terme

Fibre testée à 0,69GPa à 40 pour cent de charge à long terme

Fibre testée à 1,38GPa à 20 pour cent de charge à long terme

Probabilité de défaut de 1km de fibre optique

1,0ppm par km 1,600 années 1,0ppm per 100km 16 années

0.0 années 0.0 années

530 années*

5.3 années* * La fréquence de défaut varie considérablement en modifiant les valeurs d’essai ( proof-test ) de 0,69GPa à 1,38GPa ▲ ▲ Tableau 1 : Comparaison entre probabilité de défaut (durée de 1 ppm)

Cet exemple représente un cas extrême, mais souligne également qu’il est important de comprendre les équations complexes qui règlent la fiabilité.

approfondie de la relation entre la fréquence de défaut et l’effort appliqué. Le Tableau 1 présente les résultats comparatifs de trois scénarios. Le premier est constitué d’une fibre testée à 0,69GPa avec une charge à long terme de 20 pour cent de la charge d’essai ( proof-test ). Pour générer les données, les valeurs suivantes ont été remplacées dans l’Équation 1 : n d =20 m d = 2,5 t p = 0,05 secondes N p = 1 rupture tous les 250km Le tableau montre qu’une fibre optique qui répond aux critères conservatifs cités plus haut, présenterait des performances mécaniques raisonnables pour l’essai à 0,69GPa à 20 pour cent du niveau d’essai. Le deuxième cas montre que la même fibre a été maintenue à 40 pour cent du niveau d’essai. Dans ce cas, la fréquence de défaut de 1ppm serait atteinte en moins d’un an. Dans le troisième cas, il s’agit d’une fibre essayée à 1,38GPa avec une charge à long terme de 20 pour cent du niveau d’essai. Dans ces conditions spécifiques, la probabilité de défaut de 1ppm se manifeste en moins de six ans. Il faut remarquer que les données du Tableau 1 sont représentatives de la fibre dans un environnement non agressif. Les termes tels que le vieillissement en l’absence de tension, les macrocourbures, l’abrasion et d’autres facteurs peuvent réduire considérablement la durée de la fibre. 5 Discussion La durée de la fibre est la somme de la probabilité du défaut intrinsèque et extrinsèque. Le présent article se concentre en particulier sur les longs traits de la fibre soumise à la charge axiale dans un régime où le défaut est dominé par les défauts extrinsèques. Les résultats illustrés dans le Tableau 1 soulignent le défaut dans la spécification commune pour les câbles optiques, selon lequel la charge à long terme dans les

4 Instructions

dérivées du rapport technique IEC concernant la fiabilité

L’un des modèles de fiabilité accepté actuellement a été publié par IEC [4] . Une des équations indiquées dans ce rapport est utilisée pour prévoir la durée de la fibre - l’équation de la durée pour la fibre optique après l’avoir essayée ( proof-test )) et peut être représentée par l’expression suivante: Où: t f est le temps qui précède le défaut (durée) t p est le temps d’essai ( proof-test ) σ p est la tension d’essai ( proof-test ) σ a est la tension appliquée F est la probabilité du défaut N p est le taux de rupture durant l’essai L est la longueur sous tension m d est le paramètre mWeibull de la fatigue dynamique n est le paramètre de la corrosion sous tension L’expression est complexe, mais il est toutefois possible de faire quelques remarques. La Figure 1 montre que plus l’effort appliqué est grand, plus la probabilité de défaut est fréquente. Il s’ensuit que le terme de probabilité de défaut dans l’équation, F, est en relation directe avec le terme d’effort appliqué, σ a . Le procédé empirique traditionnel utilisé pour obtenir 20 pour cent de la contrainte d’essai comme charge maximale admissible à long terme présuppose que les deux variables sont indépendantes, ce qui n’est pas cohérent avec la Figure 1 . Il est nécessaire d’essayer des centaines de kilomètres de fibre pour une connaissance

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