EoW July 2008

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EuroWire – Juillet 2008 84
article technique
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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 (σcav) 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
à la cavitation est suffisamment supérieur
par rapport à la contrainte thermique
calculée de ~0,8MPa dans le revêtement
primaire. Toutefois, le rapport σcav/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 Tg 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 σcav/E’ (2.3).
Le Revêtement F offre une résistance
excellente à la microcourbure attribuée
au module ultra-bas (à Tg réduit). En même
temps, on a également obtenu un niveau
de résistance à la cavitation suffisamment
élevé (1,51MPa) avec le rapport σcav/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.
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/Tg
réduit, d’améliorer la protection contre les
microcourbures et d’offrir une résistance à
la cavitation élevée. n
5. Références
[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,
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[3] W W King and C J Aloisio, ‘Thermomechanical
Mechanism for Delaminations of Polymer Coatings
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[4] P L Tabaddor, C J Aloisio, C H Plagianis, C R
Taylor, V Kuck and P G Simpkins, ‘Mechanics of
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Wire and Cable Symposium Proceedings, p 725
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[5] C J Aloisio, WW King and R C Moore, ‘A Viscoelastic
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Dual Coated Optical Fibers’, International Wire and
Cable Symposium Proceedings, p 139 (1995)
[6] A N Gent and P B Lindley, ‘Internal Rupture of
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