EoW July 2008

article technique

4. Conclusions La cavitation des revêtements primaires a été amplement étudiée en tant que modalité de défaillance possible dans les fibres optiques à double revêtement. La cavitation du revêtement est causée par une contrainte de traction triaxiale pouvant être induite par des contraintes thermiques intérieures ou d’impacts mécaniques extérieurs. Le revêtement est susceptible de rupture cohésive lorsque la contrainte de traction triaxiale dépasse la résistance à la cavitation du revêtement. Une méthode d’essai a été développée pour évaluer quantitativement la résis- tance à la cavitation d’un matériau de revêtement. La compréhension du mécanisme de cavitation et l’étude approfondie de la résistance à la cavitation du revêtement ont permis de concevoir des matériaux de revêtement résistant à la cavitation élevée pour fortifier la fibre revêtue lorsqu’elle est soumise à des contraintes thermiques et à des sollicitations mécaniques potentielles. On a obtenu des rapports élevés entre la résistance à la cavitation et le module, permettant de réaliser des revêtements primaires à module réduit/T g réduit, d’améliorer la protection contre les microcourbures et d’offrir une résistance à la cavitation élevée. n [1] D Gloge, ‘Optical-fiber Packaging and Its Influence on Fiber Straightness and Loss’, The Bell System Technical J, 54(2), 245-262 (1975) [2] W W King, ‘Thermally Induced Stresses in an Optical - Fiber Coating’, J of Lightwave Technology, 9(8), 952-953 (1991) [3] W W King and C J Aloisio, ‘Thermomechanical Mechanism for Delaminations of Polymer Coatings from Optical Fibers’, J of Electronic Packaging, 119, 133-137 (1997) [4] P L Tabaddor, C J Aloisio, C H Plagianis, C R Taylor, V Kuck and P G Simpkins, ‘Mechanics of Delamination Resistance Testing’, International Wire and Cable Symposium Proceedings, p 725 (1998) [5] C J Aloisio, WW King and R C Moore, ‘A Viscoelastic Analysis of Thermally Induced Residual Stresses in Dual Coated Optical Fibers’, International Wire and Cable Symposium Proceedings, p 139 (1995) [6] A N Gent and P B Lindley, ‘Internal Rupture of Bonded Rubber Cylinders in Tension’, Proc Roy Soc A, 249, 1958 5. Références

à la cavitation est suffisamment supérieur par rapport à la contrainte thermique calculée de ~0,8MPa dans le revêtement primaire. Toutefois, le rapport σ cav /E’ du Revêtement B est égal à seulement 1,2, c’est-à-dire le plus bas parmi la totalité des revêtements. Ce type de revêtement est considéré apte à supporter des situations de contrainte normales, mais ne réalise pas complètement son potentiel jusqu’à devenir un matériau de revêtement hautement robuste. Par contre, les Revêtements C, D, E et F présentent les propriétés de haute résistance à la cavitation désirées. Le module de Revêtement C ou du Revêtement D se trouve au niveau typique des revêtements primaires commerciaux. Toutefois, la résistance à la cavitation de ces revêtements, a été conçue pour présenter une valeur exceptionnellement élevée à travers une structure moléculaire de réticulation optimisée. Le Revêtement E présente une valeur de module moyen-bas (combiné avec T g réduit), qui a été développé pour être appliqué dans les fibres monomodales et dans celles multimodales. La résistance à la cavitation de ce revêtement présente encore une valeur très élevée (2,1MPa) et permet un rapport élevé égal à σ cav /E’ (2.3). Le Revêtement F offre une résistance excellente à la microcourbure attribuée au module ultra-bas (à T g réduit). En même temps, on a également obtenu un niveau de résistance à la cavitation suffisamment élevé (1,51MPa) avec le rapport σ cav /E’ correspondant à 2,4. Pour les revêtements ultrasouples comme dans ce cas, des précautions spécifiques doivent être prises afin d’assurer à la structure de revêtement des performances de résistance à la cavitation satisfaisantes. Autrement, le développement de cavitation dans le revêtement et la détérioration des performances d’atténuation de la fibre représentent un risque possible. Les situations comme celle du Revêtement A, où les cavités étaient déjà présentes dans la fibre après le tréfilage, peuvent être aisément identifiées. Le risque n’est pas évident dans des situations où les cavités dans le revêtement peuvent progressivement se produire et causer une augmentation de l’atténuation dans le champ, lorsque la fibre est soumise à des cycles de température ambiante ou reste dans des conditions de basse température pendant des périodes prolongées, comme par exemple dans le cas des câbles sous-marins. Un système de revêtement haute qualité, projeté soigneusement, non seulement contribue à obtenir des performances optimales des fibres, mais offre également une majeure fiabilité des fibres optiques à long terme.

le risque de cavitation du revêtement, il existe deux approches efficaces: 1) réduire le niveau de contrainte thermique, et/ou 2) augmenter la résistance à la cavitation dans le revêtement. Le niveau de contrainte thermique est influencé par les deux couches de revêtement, où le revêtement secondaire joue un rôle très important par rapport au revêtement primaire. De l’autre côté, la résistance à la cavitation est une propriété intrinsèque du revêtement primaire. Un revêtement primaire à résistance élevée à la cavitation est toujours souhaitable pour garantir la robustesse de la fibre revêtue, dans des conditions de contrainte thermique et de toute contrainte mécanique potentielle se générant durant le processus, la manutention et l’installation dans le champ. Le Tableau 1 montre plusieurs exemples avec différents comportements de résistance à la cavitation. La résistance à la cavitation (σ cav ) a été mesurée en utilisant la méthode d’essai décrite au point 3.1. En outre il indique les valeurs du module de stockage E’ à température ambiante de DMA et les rapports σ cav /E’. Comme examiné au point 2.1.2, la résistance à la cavitation d’un caoutchouc idéal devrait être égale à (5/6)E. Dans le Tableau 1 , chaque revêtement présente une résistance à la cavitation supérieure à celle du module correspondant, ce qui indique que les revêtements ne correspondent pas à une élasticité parfaite. Le module correspondant à la densité de réticulation du revêtement joue encore un rôle important dans la détermination de la résistance à la cavitation d’un matériau de revêtement. Toutefois, avec une structure de réticulation polymérique de densité moléculaire appropriée, il est possible d’obtenir une résistance à la cavitation élevée, indépendamment du module de revêtement. En d’autres termes, l’on peut réaliser des revêtements idéaux, souples mais résistants, caractérisés par un rapport élevé entre la résistance à la cavitation et le module. Un module réduit permet d’obtenir de meilleures performances de microcourbure. Dans le Tableau 1 , le Revêtement A présente le module inférieur; toutefois, la résistance à la cavitation correspondante est également la plus basse (<1MPa). En effet, la fibre avec ce type de revêtement a présenté des cavités évidentes résultant du processus de refroidissement après le tréfilage de la fibre. Le Revêtement B, avec une résistance à la cavitation égale à 1,21MPa, est considéré suffisamment résistant pour supporter la contrainte thermique durant le refroidissement de la fibre. Aucune cavité n’a été observée dans la fibre avec le Revêtement B. Même dans l’analyse théorique, le niveau de résistance

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