Des produits innovants : fibres, câbles, connectivité pour des infrastructures FTTH performantes et pérennes

17/03/2015
Auteurs :
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:2015-1:13016

Résumé

Des produits innovants : fibres, câbles, connectivité pour des infrastructures FTTH performantes et pérennes

Métriques

2
0
1.56 Mo
 application/pdf
bitcache://97e8db1b48e6bee3e721e8eba92f99df5612909c

Licence

Creative Commons Aucune (Tous droits réservés)
<resource  xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
                xmlns="http://datacite.org/schema/kernel-4"
                xsi:schemaLocation="http://datacite.org/schema/kernel-4 http://schema.datacite.org/meta/kernel-4/metadata.xsd">
        <identifier identifierType="DOI">10.23723/1301:2015-1/13016</identifier><creators><creator><creatorName>Jean-Pierre Bonicel</creatorName></creator><creator><creatorName>Laurent Gasca</creatorName></creator></creators><titles>
            <title>Des produits innovants : fibres, câbles, connectivité pour des infrastructures FTTH performantes et pérennes</title></titles>
        <publisher>SEE</publisher>
        <publicationYear>2015</publicationYear>
        <resourceType resourceTypeGeneral="Text">Text</resourceType><dates>
	    <date dateType="Created">Tue 17 Mar 2015</date>
	    <date dateType="Updated">Tue 17 Apr 2018</date>
            <date dateType="Submitted">Mon 15 Oct 2018</date>
	</dates>
        <alternateIdentifiers>
	    <alternateIdentifier alternateIdentifierType="bitstream">97e8db1b48e6bee3e721e8eba92f99df5612909c</alternateIdentifier>
	</alternateIdentifiers>
        <formats>
	    <format>application/pdf</format>
	</formats>
	<version>37802</version>
        <descriptions>
            <description descriptionType="Abstract"></description>
        </descriptions>
    </resource>
.

REE N°1/2015 111 CÂBLES ET INFRASTRUCTURES OPTIQUES DOSSIER 2 Introduction A partir des années 1970, la DGT1 a construit en France un réseau de distri- bution qui a permis d’amener une ou deux paires de cuivre par foyer afin de disposer partout d’une ligne télépho- nique fixe. Le sous-équipement télé- phonique n’était plus alors qu’une histoire lointaine, la France avait large- ment rattrapé son retard, voire dépassé, dans ce domaine, de nombreux pays industrialisés. Ce chantier fut d’une ampleur exceptionnelle, nécessitant de très importants travaux de génie civil, en particulier dans les villes, la produc- tion et l’installation de plus de 15 mil- lions de poteaux, et aussi la construction d’usines pour la production de conduites souterraines en PVC, de câbles cuivre et d’accessoires. Après l’installation de plus de 150 millions de kilomètres de paires symétriques, la France s’est trou- vée dotée d’un réseau de cuivre parfai- tement homogène sur l’ensemble du territoire quels que soient la région, le département, le canton ou la commune. Ce réseau passif, construit à partir de composants bien spécifiés et qualifiés a permis, non seulement, une exploita- 1 Direction Générale des Télécommunications. tion à coût maîtrisé sur plusieurs décen- nies mais également une évolution vers le haut débit sans problème majeur lorsque les solutions ADSL sont appa- rues. Naturellement très peu sensible aux contraintes mécaniques et ther- miques, il a été conçu pour bien résis- ter aux contraintes d’environnement comme l’humidité. Mais, construit pour satisfaire aux exigences du seul service téléphonique analogique, le déploie- ment de l’ADSL a fait apparaître ses limites : propre au support cuivre qui croît avec la longueur de la ligne et avec la fré- quence du signal transmis ; entre les lignes de cuivre portées par le même câble : les techniques de réa- lisation des câbles permettent de s’en protéger correctement pour les fré- quences vocales mais guère lorsque l’on cherche à transmettre des fré- quences plus élevées ; - bations électromagnétiques externes et à la foudre. Comme le montre l’article de B. Capelle et H. Touzeau, les limitations du réseau cuivre imposent, pour offrir des services à très haut débit, soit de réduire significativement la longueur des lignes de cuivre, soit de construire une infrastructure tout optique de rac- cordement des abonnés (FTTH). Dans la suite, nous présenterons les élé- ments techniques qui sont nécessaires à la construction d’une infrastructure FTTH. Au plan économique, les inves- tissements nécessaires à sa construc- tion couvrant le territoire national devraient représenter un montant considérable de l’ordre de 20 Mrd EUR selon les estimations de l’ARCEP et de la mission Très haut débit. Il est à noter que cet effort, pourtant très important, est cependant probablement inférieur à celui consenti pour la construction du réseau cuivre dans la mesure où une grande partie du génie civil souterrain ou aérien construit pour le cuivre est réutilisable. Contraintes portant sur les réseaux optiques Les réseaux optiques statiques Les différents types de réseau de transmission optique décrits dans les deux premiers articles du dossier n’ont pas les mêmes exigences techniques, notamment en matière de : Par Jean-Pierre Bonicel, Laurent Gasca Prysmian Group FTTH is the telecom challenge of the early 21st century. Its deployment requires a large number of components whose performance and quality will have a direct impact on the sustainability of the networks. Unfortunately due to pressure of low prices to be reached in the short term, this important point can be easily overlooked. Another key-point is the implementation of these networks. Quality implementation requires careful training of relevant person- nel. The combination of quality passive components, rigorous training of installers and homogeneous networks are the basic ingredients for the creation of sustainable networks whose life expectancy will exceed 30 years. We have in France all the assets in R & D and industrial production to achieve this major project: let us make the best use of these assets. ABSTRACT 112 REE N°1/2015 CÂBLES ET INFRASTRUCTURES OPTIQUESDOSSIER 2 elle doit ou non faire l’objet de réa- ménagements fréquents qui peuvent constituer un risque pour la péren- nité de l’infrastructure. Les réseaux qui ne font pas l’objet de réaménage- ments fréquents seront qualifiés de statique dans la suite, les autres de dynamiques ; - saires à ces réseaux ; implique d’alimenter ou de télé-alimen- ter les répéteurs. Les liaisons sous-marines dont la lon- gueur est fréquemment de plusieurs milliers de kilomètres voient le signal transporté amplifié tous les 100 km. Les amplificateurs sont télé-alimentés depuis les deux extrémités du câble. Ces liaisons sont à faible nombre de fibres, généralement 12 fibres optiques. Ces réseaux sont de très haute qua- lité, de très haute fiabilité et la garantie constructeur est de 25 ans. Ces liaisons sont de type statique. Les liaisons des réseaux longue dis- tance peuvent atteindre plusieurs cen- taines ou milliers de kilomètres et le pas d’amplification est de l’ordre de 100 km. Ces liaisons sont de type statique, car une fois posées, les interventions y sont très rares, sauf accident. Les fibres conservent un niveau de contraintes et de courbure qui est celui acquis lors de la pose. Les capacités des câbles utilisés sur ces liaisons étaient, lors des premiers déploiements, relativement limitées : 24, 36 ou 48 fibres. Aujourd’hui on constate une nette augmentation du nombre de fibres, d’autant plus que bien souvent, ces réseaux peuvent être couplés avec les réseaux métropolitains. C’est ainsi qu’on peut voir aux USA, des réseaux longue distance réalisés avec des câbles à 432 fibres. Généralement, les liaisons métropo- litaines, d’une longueur comprise entre 10 et 100 km, s’apparentent à des liai- sons à longue distance mais ne sont pas, la plupart du temps, amplifiées. Certains pays tels que l’Allemagne ont développé un réseau métropolitain bien plus dense qu’en France. Après installa- tion, le nombre d’interventions sur ces liaisons est faible, elles sont donc de type statique. Les réseaux passifs FTTx : réseaux dynamiques Le réseau passif FTTx, appelé à rem- placer progressivement la boucle locale cuivre empruntera majoritairement le même parcours que le cuivre. En FTTH deux architectures prévalent : GPON2 pour lesquels le taux de partage est généralement compris entre 16 et 64 ; - rables à l’architecture cuivre où la paire symétrique va directement du NRA3 à l’abonné ; 2 GPON : Gigabit Passive Optical Network. Ré- seau passif optique. 3 NRA : Nœud de raccordement d’abonnés : lieu où convergent les lignes de cuivre desservant une zone géographique donnée. Tableau 1 : Comparaison synthétique des solutions cuivre et optique. REE N°1/2015 113 Des produits innovants : fibres, câbles, connectivité pour des infrastructures FTTH performantes et pérennes En distribution d’autres solutions sont proposées et également utilisées à grande échelle : Amplifier) pour lesquels la terminaison est coaxiale. Ces réseaux sont utilisés par les opérateurs de réseaux câblés avec le système DOCSIS4 ; - mettent la montée en débit, par exemple, en amenant la fibre au milieu du village et en terminant sur les paires symétriques existantes. Le tableau 1 propose une compa- raison très synthétique des solutions cuivre et optique. Il résume les avan- tages, les inconvénients et les risques des deux solutions. Ce tableau fait apparaître les béné- fices qu’apporte la fibre optique en capa- cité et qualité de transmission. Avec la montée en débit, la fibre devient incon- tournable et cette tendance ne pourra aller qu’en s’amplifiant. Par contre, en ce qui concerne les environnements mécanique et climatique et le raccor- dement mécanique, les câbles optiques nécessitent une attention toute parti- culière dans toutes les phases de leur cycle de vie : évidemment lors de leur conception et de leur qualification qui sont des phases capitales mais aussi lors de leur production dont le proces- sus doit être parfaitement maîtrisé et lors de leur mise en place et leur raccor- dement sur site. Le tableau 2 donne des indications sur les limites d’atténuation en fonction des courbures sur des fibres conformes 4 DOCSIS : (Data Over Cable Service Interface Specification) spécifie les moyens d’accéder à Internet par les réseaux câblés. à la recommandation G.657. Ce tableau présente le calcul des pertes maximales en courbure dues à l’enroulement de 2 m de fibres avec un rayon de 15 mm, selon les indications de la recommanda- tion UIT-T G.657. Il montre le bénéfice que peut apporter la fibre A2 tout au long des 30 à 50 ans d’exploitation, en particulier si la marge pour vieillissement et répara- tion est limitée à 1 dB. Par rapport au cuivre, la fibre offre des performances de très haut niveau, mais, pour tirer pleinement profit de celles- ci de façon pérenne au cours des pro- chaines décennies, la conception des infrastructures optiques doit être parti- culièrement soignée et faire appel à des composants de bonne qualité. Ce point est particulièrement important pour les réseaux FTTx sur lesquels les opé- rateurs sont et seront amenés à inter- venir fréquemment en différents points tout au long de la vie du réseau. La fibre G.657. A25 présente des avantages non seulement lors de la conception des éléments d’infrastructure mais aussi lors de la construction des réseaux et éga- lement au fil du temps : elle permet de limiter sensiblement le risque de prise d’atténuation, pouvant résulter de mani- pulations intempestives dans les points de flexibilité du réseau d’infrastructure. Pour obtenir des composants d’in- frastructure optique répondant aux exi- gences ainsi décrites, des efforts de R&D importants sont nécessaires. L’ob- jectif est également d’assurer que la mise en œuvre de ces composants est 5 La fibre G.657.A2 selon l’UIT est équivalente à la fibre B6_a2 selon l’EN 60793-2-50. aisée et de réduire le coût total de pos- session (TCO6 ) des réseaux optiques par leurs opérateurs. Dans la majorité des cas, ces études ne peuvent pas être conduites sans un partenariat pro- noncé avec ceux-ci, la mise en œuvre, la maintenance ayant des implications fondamentales sur la conception, voire l’industrialisation des éléments de l’in- frastructure. Enfin, les réseaux optiques qui sont installés aujourd’hui seront cer- tainement appelés à migrer vers des réseaux à 10 Gbit/s [1] leur qualité et celle de leurs constituants doit per- mettre cette évolution sans avoir à les modifier profondément. Organisation de l’infrastruc- ture optique d’accès L’architecture FTTH point-multipoint passive, ou PON7 , se caractérise par l'ab- sence d'équipement actif entre le cen- tral et les habitations desservies et par un partage de la fibre entre plusieurs uti- lisateurs, dans la partie amont du réseau de desserte, c’est-à-dire la plus proche du central. Le support physique étant partagé, les flux engendrés par les diffé- rents usagers sont identifiés par un éti- quetage des données et transmis vers toutes les destinations, dans le sens des- cendant8 . Dans le sens montant, un sys- tème du type AMRT9 règle les conflits d'accès à la ressource optique en assu- rant un partage du temps de parole entre les différents usagers. Parmi les différents standards, EPON10 et GPON émergent aujourd'hui. Ils permettent 6 Total Cost Ownership. 7 Passive Optical Network. 8 Par convention, on considère que le central optique (lieu d’interface entre les niveaux collecte et desserte, équivalent du NRA pour l’ADSL) constitue l’amont du réseau et les immeubles desservis l’aval (du central à l’usager le sens est descendant). 9 Accès Multiple à Répartition dans le Temps. 10 Ethernet Passive Optical Network : Norme de réseau optique passif point à multipoint défini par l’IEEE et fondé sur Ethernet. Tableau 2 : Pertes maximales en courbure dues au stockage de fibres avec un rayon de 15 mm. Source : UIT-T Rec. G.657. 114 REE N°1/2015 CÂBLES ET INFRASTRUCTURES OPTIQUESDOSSIER 2 tous deux des débits supérieurs au Gbit/s. Les PONs permettent de réduire le volume de fibre nécessaire dans les infrastructures d’accueil. En revanche, si l'architecture déployée est strictement limitée au PON, la capacité d'évolution et la marge de manœuvre des fournis- seurs de service sont réduites. Architecture et fonctionnement Dans l’architecture FTTH point-mul- tipoint passive PON telle que schémati- sée sur la figure 1, une fibre unique part du central et se raccorde à un groupe de fibres au niveau d’un point de par- tage afin de desservir plusieurs habita- tions. Outre les câbles optiques, le PON est constitué de l’amont vers l’aval, de trois principaux éléments constitutifs : actif, l’OLT11 , terminaison de ligne optique envoie et reçoit les signaux lu- mineux porteurs des données. Chaque port de l’OLT est relié à un coupleur optique par une fibre unique ; coupleur optique (ou splitter) est un équipement passif (donc non alimenté en électricité) dont le fonctionnement est basé sur la seule propagation de la lumière à l’intérieur des fibres. Dans le sens descendant, le coupleur divise le signal optique en provenance de l’OLT. Dans le sens montant, il combine par addition les signaux optiques en prove- nance des abonnés. Le coupleur n’est pas capable d’aiguiller, de modifier, de retarder ni de bloquer les signaux qui le traversent ; à un équipement actif placé au niveau de chaque logement : l’ONT12 , terminaison de réseau optique, interlocuteur direct de l’OLT. Dans le cas le plus courant, tous les ONT émettent sur une même longueur d’onde (pour des raisons de coût et de gestion des équipements). 11 Optical Link Terminal. 12 Optical Network Termination. Mais pour bien comprendre l’archi- tecture FTTH et quels sont les com- posants passifs nécessaires à sa construction, il nécessaire d’aller plus en détail. La figure 2 décrit les principaux constituants du réseau et leur position. Partant de l’OLT situé au central ou NRO13 et jusque chez l’abonné où se trouve l’OLT, nous rencontrons successi- vement les composants passifs suivants : communément ODF14 qui permet de connecter les différentes fibres issues du NRO aux OLT ; C2 pouvant être localisés en différents points du réseau ; capacité de 720 fibres à 1 fibre ; des sites où sont éclatés et raccordés entre eux des câbles, les fibres y sont soudées par fusion ; 13 NRO : Nœud de Répartition Optique. 14 ODF : Optical Distribution Frame : Répartiteur optique. c'est le point de flexibilité le plus en amont du réseau PON. On peut y ins- taller des coupleurs ; permettent d'éclater les câbles vers des câbles de plus petite capacité par- tant dans des directions différentes : les fibres de différents câbles y sont raccordées par soudure ; rue ou des PMI, points de mutualisa- tion d’immeuble, qui assurent l'inter- face entre les réseaux optiques des différents opérateurs et le réseau de desserte optique propre à la rue ou à l'immeuble qui est unique : les fibres y sont pré-connectorisées ; - tir desquels chaque logement est des- servi individuellement : les fibres y sont soudées ; situées chez l'abonné et auxquelles sont connectés les ONT : les fibres y sont pré-connectorisées. Figure 1 : Éléments constitutifs de l’architecture PON - Source : Orange. REE N°1/2015 115 Des produits innovants : fibres, câbles, connectivité pour des infrastructures FTTH performantes et pérennes La bonne qualité de tous les com- posants passifs équipant les différents sites est indispensable pour assurer les performances du réseau passif ainsi constitué : leur mise en œuvre, capi- tale, doit être exécutée par du person- nel bien formé. L’innovation dans les com- posants passifs pour réseaux FTTH La production de composants pas- sifs de haute qualité, fiables et faciles à mettre en œuvre implique une impor- tante activité de R&D. Cette dernière porte en tout premier lieu sur les maté- riaux. Le choix et la qualité des maté- riaux utilisés pour fabriquer les fibres, les câbles et tous accessoires, sont essen- tiels à la satisfaction des exigences en termes d’atténuation optique et de pérennité de l’infrastructure. De plus, à chaque étape de la conception l’aspect environnemental, le recyclage et la fin de vie des produits doivent être pris en compte. Dans la suite, nous nous efforçons de mettre en exergue quelques points rela- tifs à l’innovation de différents compo- sants passifs nécessaires à la mise en œuvre d’un réseau. Il convient aupara- vant de rappeler que tous les composants susceptibles d’affecter l’atténuation, en particulier à 1 625 nm, nécessitent une grande attention dont l’intérêt n’est mal- heureusement pas toujours bien com- pris. L’incompréhension de ce point, qui passe bien souvent par des qualifications « légères » et des achats au rabais, peut être catastrophique pour la qualité et la pérennité des réseaux FTTH. Les câbles à fibres optiques pour le FTTH Comparée à celle des câbles de cuivre utilisés pour le transport d’énergie ou pour les communications, l’histoire des câbles à fibre optique est beaucoup plus récente. Elle a commencé au début des années 1980 et a été marquée par une constante innovation. Cette innova- tion a d’abord porté sur les fonctions pri- maires du câble, à savoir : sorte que les propriétés optiques et mécaniques de cette dernière ne soient pas altérées ; permettre les connexions sans erreur. Depuis une dizaine d’années, les efforts de R&D ont porté sur la facilité d’accès aux fibres et la réduction du dia- mètre des câbles afin de réduire leur encombrement et leur rayon de courbure. Ces efforts ont notamment été motivés par le développement des réseaux FTTH. Structure d’un câble optique La structure d’un câble à fibres optiques comprend la ou les fibres optiques elles-mêmes, un ou plusieurs modules et une ou plusieurs gaines. Figure 2 : Les différents constituants d’une architecture GPON – Source : Orange. 116 REE N°1/2015 CÂBLES ET INFRASTRUCTURES OPTIQUESDOSSIER 2 Les fibres optiques sont un mince fil d’un verre de très haute qualité, de 125 µm de diamètre, recouvert d’un revêtement polyacrylate bi-couche, d’une épaisseur de 200 ou de 250 µm. Pour les télécommunications, seules les fibres unimodales sont utilisées. Les fibres mul- timodes servent uniquement aux appli- cations à courte distance : réseaux locaux privés (LAN) ou centres de données (data centers). Les modules regroupent le plus sou- vent une à douze fibres. Dans les câbles de très forte capacité, des modules de 24, 36 voire 48 fibres sont parfois uti- lisés. Au sein d’un même module, les fibres sont distinguées par une couleur parmi douze appliquées au cours du pro- cessus d’élaboration de la fibre. Quand les modules comportent plus de douze fibres, les fibres sont marquées avec des anneaux. Les modules peuvent être constitués de différentes manières : - lise un revêtement plastique, en géné- ral d’un diamètre extérieur de 900 µm, plus ou moins serré sur la fibre : revê- tement serré, semi-serré ou lâche ; - tingue essentiellement : - les modules en ruban, où les fibres optiques sont assemblées en paral- lèle dans un même plan. Les rubans sont surtout utilisés aux États-Unis et au Japon. Ils sont très peu utilisés en Europe. L’avantage majeur du ruban c’est le raccordement en masse. Il est possible de souder toutes les fibres d’un ruban avec les fibres d’un autre ruban en une opération. Ils sont aussi bien adaptés aux connecteurs multi- fibres MPO de plus en plus utilisés dans les centres de données ; - les “loose tubes” ou tubes à struc- ture libre, qui sont des tubes en plas- tique dur, dans lesquels les fibres ont un certain degré de liberté. Ils sont bien adaptés aux environne- ments dans lesquels le câble peut être soumis à de fortes contraintes, comme les câbles aériens longue portée (100 m et plus). Par contre la gestion de ces tubes est déli- cate dans les boitiers de jonction. Ils nécessitent des boitiers de fort volume. Les risques de casse de la fibre par phénomène d’effet de paille (figure 3) sont importants. Dans les piquages en ligne (mid span access), une fois les tubes extraits du câble pour être stockés dans le boitier, des phénomènes de rétreint des tubes peuvent conduire à une forte augmentation de l’atté- nuation aux basses températures ; - les micromodules (figure 3), où une fine gaine de matériau polymère à faible module d’Young, entoure un ensemble de fibres. Cette techno- logie, qui est aussi la plus récente, permet d’obtenir des modules de diamètre réduit, très souples, non sujets à l’effet de paille, très stables dans les applications de « piquage en ligne ». Il est ainsi possible de réduire de manière importante les dimen- sions des boitiers de connexion. La gaine est l’élément qui englobe les différents modules contenus dans un câble. En fonction des contraintes que celui-ci est susceptible de subir, elle est plus ou moins épaisse, plus ou moins renforcée. Dans certains cas, il est nécessaire de protéger les câbles contre les rongeurs. Dans ce cas, une double gaine est réalisée, avec entre les deux gaines une armure métallique ou une armure faite avec des éléments plastiques thermodurcissables plats ren- forcés en fibre de verre (FRP, Fiber Rein- forced Plastic). Ces derniers sont aussi très indiqués pour protéger les câbles aériens contre les plombs de chasse, tout en gardant une structure entière- ment diélectrique [2]. Les câbles micromodules pour le FTTH Comme évoqué dans l’article de L. Provost & al., pour répondre au besoin du FTTH, il a fallu améliorer les perfor- mances en courbure des fibres G.652.D. Figure 3 : Absence d’effet de paille sur micromodule de type Flextube. REE N°1/2015 117 Des produits innovants : fibres, câbles, connectivité pour des infrastructures FTTH performantes et pérennes Les fibres G.657.A2 répondent à ce besoin en offrant des performances en courbure améliorées d’un facteur 100, en conservant les performances des fibres G.652.D et en présentant une bonne aptitude à la soudure entre fibres G.652.D et G.657.A2. Elles offrent de plus des performances en micro-cour- bures fortement améliorées. Associées à la technologie micromodules, elles per- mettent de nouveaux designs de câble tout en garantissant une faible atténua- tion, y compris aux longueurs d’onde les plus sujettes à l’augmentation de l’atté- nuation par macro ou micro-courbures, c’est-à-dire aux longueurs d’onde voi- sines de 1 625 nm exploitées par les sys- tèmes G-PON de nouvelle génération. Utilisés à grande échelle depuis le début des années 2000, les câbles à micromodules (Flextube) se sont natu- rellement imposés. Présentant des avantages très appréciés des installa- teurs lors de la mise en œuvre sur le terrain, les câbles à micromodules ont remplacé progressivement tous les câbles dits “loose tubes”. Actuellement le marché français est couvert à 95 % par la structure micromodule, les struc- tures “loose tubes” étant réservées à des applications spéciales telles que les câbles aériens pour longues portées (câbles ADSS15 ) [2]. Nous ne reprendrons pas ici toute la théorie des câbles optiques et tous les paramètres qu’il convient d’intégrer lors de la conception, de la qualification et de l’industrialisation de ces produits. Il convient cependant de rappeler com- 15 All Dielectric Self Supported cable(Câble die- lectrique autoporté). bien le choix des matériaux, les essais de qualification et de vieillissement à long terme sont importants si on veut être en mesure de leur donner une espérance de vie supérieure à 25 ans. Afin d’avoir une meilleure compré- hension des câbles à micromodules nous recommandons de se reporter à l’article [3] publié dans IWCS 2014. Les figures 4 et 5 donnent une idée de la structure des câbles à micromodules. Figure 4 : Structure d’un câble à micromodules. Figure 5 : Différentes implémentations de la technologie de micromodule avec fibres G 657 A2 : a) câble de branchement à 4 fibres ; b) polyvalent intérieur/extérieur câble de branchement jusqu’à 12 fibres ; c) câble de colonne montante intérieure jusqu’à 144 fibres ; d) câble de distribution extérieure à 720 fibres. 118 REE N°1/2015 CÂBLES ET INFRASTRUCTURES OPTIQUESDOSSIER 2 La technologie Micromodule Flextube permet de réaliser toute contenance de câbles optiques tels que des câbles à 1 728 fibres de 23 mm de diamètre [4]. Les coupleurs (splitters) Dans les réseaux GPON, les cou- pleurs font également partie des com- posants clés. Leur qualité et la bonne maîtrise de leur technologie de produc- tion sont fondamentales pour assurer une bonne pérennité et une atténuation stable en fonction du temps. Dans les architectures GPON, il peut y avoir un ou plusieurs coupleurs optiques cascadés, selon la topologie du réseau tel que présenté par la figure 2. Les cou- pleurs optiques peuvent être placés dans le central téléphonique ou dans un des points de distribution (extérieur ou d’in- térieur) entre le central et l’abonné. Les coupleurs optiques PLC16 ou planar sont produits en utilisant des outils et des processus similaires à ceux utilisés dans l’industrie des semi-conducteurs (optique intégrée). Des guides d’ondes optiques sont formés sur un substrat par une com- binaison de photolithographie et gravure. Les coupleurs optiques PLC ont un ou deux ports d’entrée et sont à sorties multiples pour la division uniforme du signal optique. Les dispositifs « planar » permettent une meilleure compacité et offrent des paramètres optiques stables, les rendant ainsi appropriés aux applica- tions de télécommunication. Les puces PLC et les faisceaux de fibres sont ali- gnés avec une très haute précision et examinés selon des procédures d’es- sais industriellement compatibles. Les coupleurs optiques sont disponibles en fibre nue ou en version modules pré- connectorisés. Ils sont équipés de fibres G.657.A2 afin d’avoir d’excellentes per- formances, y compris en courbure. Les coupleurs optiques pour les réseaux GPON doivent avoir : 16 Planar Lightwave Circuit. bande spectrale demandée ; les conditions climatiques spécifiées. La figure 8 présente un coupleur optique 1 x 64, les 64 branches de sor- ties étant pré-connectorisées. Dans ce produit trois composants de base clés (connecteur, splitter, fibre), sont suscep- tibles d’apporter une augmentation de Figure 6 : Schéma d’une architecture GPON – Source : Orange. Figure 7 : Coupleur optique PLC. Figure 8 : Photo d’un coupleur pré-connectorisé. REE N°1/2015 119 Des produits innovants : fibres, câbles, connectivité pour des infrastructures FTTH performantes et pérennes l’atténuation en fonction du temps si leur qualité initiale n’est pas satisfaisante ou si leur assemblage n’est pas parfait. Les connecteurs Une grande variété de connecteurs optiques a été développée au cours des trois dernières décennies. Nous nous attarderons uniquement sur les connec- teurs SC APC qui ont été retenus pour les réseaux FTTH en France. Ils sont utilisés en différents points du réseau et, dans le cas du FTTH, on les trouve plus particulièrement sur les jarretières optiques des répartiteurs et sur les cou- pleurs dans les points suivants : éventuellement ; d’immeuble ; tique (DTIO) et prise terminale optique (PTO). Nous voyons que le réseau FTTH fait appel à un nombre important de connecteurs. Ils sont situés dans des lieux où l’intervention humaine, pour la gestion et la maintenance du réseau, est possible au fil du temps. Tous ces points de connexion ne présenteront pas de problème si les connecteurs retenus sont de haute qualité et ont une durée de vie supérieure à 30 ans et s’ils sont manipulés par du personnel bien formé. En effet, des particules ou des rayures micrométriques résultant de mauvaises manipulations sont suffisantes pour affecter les performances des connec- teurs et en augmenter l’atténuation. La figure 10 montre qu’un connec- teur est constitué de huit composants, le principal étant la férule qui n’est pas apparente sur ce dessin mais apparaît sur la figure 11. Dans le petit ensemble de 43 mm de long que constitue le connecteur sont donc présentes neuf pièces constituées de trois classes de matériaux (céra- mique, métaux, polymères) avec plu- sieurs types de métaux et de polymères techniques. Les difficultés majeures pour obtenir des connecteurs de grande qualité et présentant une espérance de Figure 9 : Photo de coupleurs à fibres nues et soudées dans un boitier de raccordement. Source : Orange. Figure 10 : Principaux composants d’un connecteur SC APC. Figure 11 : Photo des constituants d’un connecteur SC APC de haute qualité. 120 REE N°1/2015 CÂBLES ET INFRASTRUCTURES OPTIQUESDOSSIER 2 vie supérieure à 30 ans, résident essen- tiellement dans les points suivants : - tal pour les 3 classes de matériaux ; l’usinage ; géométriques. La férule en céramique est un des composants essentiels ; elle permet de guider la fibre et en assure son maintien. Les férules des connecteurs sont pro- duites à partir de poudre de zirconium frittée. La qualité de cette férule dépend de plusieurs facteurs : qualité du zirco- nium, pureté, granulométrie, qualité de son frittage, qualité de l’usinage et enfin précision de la mesure sur la férule ter- minée sachant que ces mesures s’expri- ment en fraction de micron. Compte tenu du grand nombre de sociétés qui offrent des connecteurs SC APC, on trouve sur le marché internatio- nal une très grande dispersion en termes de qualité et de fiabilité. Il en résulte évi- demment une grande disparité sur les prix et sans un niveau d’expertise cor- rect, le risque de glissement vers des produits bas de gamme est grand. Câbles de colonnes montantes pré-connectorisées Les câbles équipant les colonnes montantes des immeubles dits câbles riser sont de plus en plus livrés en diffé- rentes longueurs et pré-connectorisés. Ces câbles sont produits avec des maté- riaux ignifugés sans halogène et doivent répondre à différentes caractéristiques liées à leur environnement. Les solutions pré-connectorisées pré- sentent plusieurs caractéristiques essen- tielles telles que : très simple des fenêtres sur la gaine du câble, par exemple des fenêtres situées au niveau de chaque étage ou un étage sur deux et offrant la possibi- lité de retirer les modules de fibres sur des distances allant jusqu’à 20 m (solu- tion « Retractanet », de Prysmian) ; que les fibres des modules grâce à un système d’éclateur tel que présenté par les figures 12 ; - torisé en usine et donc produit et contrôlé de façon rigoureuse ce qui garantit la qualité de cet ensemble. Aucun contrôle n’est plus nécessaire sur site ; non propagation de la flamme ou de l’incendie et conforme à la législation en vigueur. Concernant ce dernier point de nou- veaux travaux de recherches ont été entrepris afin de faire évoluer ces pro- duits et de répondre aux exigences de la future réglementation européenne CPR (Construction Product Régulation) qui sera applicable dès 2016. Figure 12 : Principe de la pré-connectorisation des câbles de la colonne montante : câbles Riser. REE N°1/2015 121 Des produits innovants : fibres, câbles, connectivité pour des infrastructures FTTH performantes et pérennes Câbles d’abonnés pré-connectorisés Les câbles d’abonnés pré-connecto- risés sont aussi des composants clés de l’infrastructure FTTH dont l’optimisation demande beaucoup de recherches afin d’aboutir à des solutions, esthétiques, robustes, fiables et faciles à mettre en œuvre. Des solutions avec câbles d’abonnés extérieurs ou intérieurs sont disponibles et la figure 13 présente une prise optique d’abonné à quatre fibres. Adaptateurs Les adaptateurs SC APC sont de petits composants (27,4 x 12,8 mm x 9,4 mm) tels que présentés sur les figures 14 et 15 par le dessin ou la photo. Ils permettent d’associer deux connecteurs et d’assurer ainsi la liaison optique. Toutes les considérations évoquées pour les connecteurs s’appliquent avec la même acuité aux adaptateurs. Le composant n°4 de la figure 14 est un petit manchon fendu en céramique fri- tée (zirconium). Par sa qualité et sa pré- cision ce composant est un élément capital de l’adaptateur. Il est aisé de comprendre quelle doit être la précision recherchée sur le couple férules/adap- tateurs pour atteindre des alignements des deux cœurs de fibre à mieux que 0,1 micron. Une attention toute parti- culière doit être apportée au montage et au polissage des connecteurs pour pouvoir atteindre les objectifs de préci- sion recherchés. Tout ceci requiert une très grande précision et une très grande minutie en production et en contrôle final. Seul un contrôle à 100 % de plu- sieurs paramètres définis par les normes permet d’atteindre et de garantir un bon niveau de qualité. Un excellent choix de matériaux et une production rigoureuse sont indis- pensables pour obtenir des durées de vie supérieures à 30 ans. Répartiteurs et boitiers pour réseaux FTTH La mise en œuvre d’un réseau FTTH nécessite un ensemble de répartiteurs et de boitiers dont la mise au point requiert d’importants efforts de R&D : la facilité et le temps de mise en œuvre, la robustesse, l’aptitude au vieillissement sur des décennies, la fiabilité des pro- tections, la stabilité de l’atténuation et enfin l’esthétique doivent être prises en compte. Répartiteur Optique (ODF) Situé entre les équipements actifs (OLT) et les câbles FTTH du réseau externe, le répartiteur optique permet de gérer dans les NRO les fibres et les coupleurs éventuels (figure 16). Figure 14 : Dessin d’un adaptateur SC APC. Figure 15 : Photo d’un adaptateur SC APC. Figure 16 : Répartiteur optique. Figure 13 : Prise optique d’abonné à quatre fibres pré-connectorisée. 122 REE N°1/2015 CÂBLES ET INFRASTRUCTURES OPTIQUESDOSSIER 2 Boitiers de raccordement Ces boitiers, généralement situés dans des chambres sous la chaussée et quel- quefois sur des poteaux permettent de raccorder plusieurs câbles ou de diviser un câble de forte contenance en plusieurs câbles. La taille de ces boitiers dépend du nombre de fibres à raccorder (figure 17). Le plus gros de ces boitiers permet de rac- corder des câbles à 1 728 fibres ou plus. Armoires de rue Plus la fibre équipe les zones moins denses, plus les armoires de rue sont importantes. Leur développe- ment requiert de gros efforts pour bien répondre à tous les attributs recherchés. De plus, dans certains cas, ces armoires de rue peuvent contenir des équipe- ments actifs (figure 18). Point de mutualisation en pied d’immeuble Ce point de mutualisation en pied d’immeuble assure l’interface entre le câble extérieur en provenance du NRO et le câble de la colonne mon- tante, câble riser pré-connectorisé. Des coupleurs optiques pré-connectorisés peuvent être installés dans ces boitiers. Dans les zones où le réglementeur impose quatre fibres par abonné dans les colonnes montantes, quatre câbles d’opérateurs différents peuvent arriver de l’extérieur jusqu’à ce boitier (figure 19). Point de branchement optique (PBO) En immeuble, la répartition entre le câble de la colonne montante, générale- ment pré-connectorisé du côté du point de mutualisation, et le câble d’abonné, généralement pré-connectorisé du côté abonné dans le boitier d’abonné, se fait dans un point de branchement optique (PBO) où les fibres sont soudées : voir figure 20. Ainsi, en associant l’ensemble des composants optiques brièvement décrits Figure 17 : Boitiers de raccordement. Figure 18 : Exemples d’armoires de rue – Sources : Prysmian - Orange. Figure 19 : Point de mutualisation en pied d’immeuble – Sources : Orange - Prysmian. Figure 20 : Point de branchement optique (PBO). REE N°1/2015 123 Des produits innovants : fibres, câbles, connectivité pour des infrastructures FTTH performantes et pérennes ci-dessus, il est possible de créer un réseau de distribution FTTH. Ce réseau sera de qualité si tous les points sen- sibles évoqués sont bien pris en compte. Les solutions aériennes Le réseau cuivre utilise des cen- taines de milliers de kilomètres de câbles aériens en France. Il existe donc une très grande expérience en ce domaine. Cependant les réseaux optiques de- mandent une attention toute particulière car à chaque instant, il est indispensable de s’assurer que le niveau de contrainte mécanique en traction subi par les fibres n’excède pas une limite à ne pas dépas- ser y compris en cas de surcharge clima- tique comme le vent et le givre. De plus, afin de s’affranchir des problèmes poten- tiels liés aux inductions électriques ou à la foudre et éviter la création de prises de terre de qualité (résistance de prise de terre inférieure à 10 ohms), les opé- rateurs demandent des câbles diélec- triques qui viennent s’ajouter aux câbles cuivre déjà en place. Il faut donc s’assurer que les efforts supportés par les appuis sont compatibles avec leur limite de tenue mécanique. Figure 21 : Câbles ADSS anti plomb de chasse. Flextube à gauche, loose tube à droite. Figure 22 : Câbles autoportés diélectriques à faible portée. Figure 23 : Quelques accessoires de mise en œuvre des câbles optiques aériens. 124 REE N°1/2015 CÂBLES ET INFRASTRUCTURES OPTIQUESDOSSIER 2 Une attention particulière doit être apportée à la conception de ces câbles et de leur système d’ancrage afin de pouvoir assurer un haut niveau de fia- bilité. Le choix des matériaux, après des tests de vieillissement à long terme est également primordial. Pour les câbles ADSS qui sont utilisés sur les lignes Orange ou ERDF en zone rurale où des chasseurs peuvent interve- nir, il est fortement recommandé d’utili- ser des câbles anti-plombs de chasse (figure 21). Pour des portées maximales de 100 m, les câbles à micromodules Flextube conviennent bien. Pour de por- tées supérieures à 100 m ce sont les structures loose tube anti-plombs de chasse qui doivent être utilisées. Pour des portées de 30 à 50 m et situées hors territoire de chasse, des structures plus simples sont utili- sables (figure 22). Mais dans tous les cas, les aspects fiabilité et les mouve- ments potentiels de fibres dans les boi- tiers en cas de surcharge climatique doivent être pris en compte. Les câbles et les accessoires doivent former un couple parfait afin que la pérennité de la solution sur des décen- nies soit assurée. La figure 23 présente quelques accessoires pour la mise en œuvre des câbles optiques aériens. L’homogénéité des réseaux FTTH en France : un rêve ou un besoin impératif ? Nous voyons que la réalisation des réseaux FTTH nécessite la mise en œuvre d’un très grand nombre de com- posants passifs. Pour chaque compo- sant, il peut y avoir plusieurs solutions, qu’il s’agisse de la fibre optique ou de tous les autres composants. Ces solu- tions n’offrent pas toutes les mêmes performances, ni la même qualité. Nous avons pour exemple et pour référence le réseau cuivre français qui dessert 100 % des foyers. Ce réseau, construit selon une architecture unique, avec des composants passifs de qualité et homo- gènes, permet une exploitation aisée à un coût maîtrisé. De plus, après des décennies de production, les compo- sants passifs qui y sont utilisés sont tou- jours disponibles. Nous ne saurions trop encoura- ger l’ensemble des décideurs à suivre l’exemple du réseau cuivre et à appliquer les mêmes principes pour les réseaux FTTH. C’est l’un des éléments de base pour en assurer la meilleure pérennité. La plate-forme « Objectif fibre » met en permanence l’accent sur ces points en éditant des guides pratiques dont l’ob- jectif est de favoriser le déploiement du FTTH tout en assurant la meilleure homogénéité de ces réseaux. La mis- sion Très haut débit, très consciente de tous ces enjeux, conduit également dif- férentes actions pour favoriser l’homo- généité des réseaux FTTH. « Objectif fibre » met également l’ac- cent sur la formation. En effet, à la lec- ture des paragraphes ci-dessus, il est aisé de comprendre que l’installation des réseaux FTTH nécessite une atten- tion et un soin bien plus élevé que ne pouvait demander la mise en œuvre des réseaux cuivre. Il est indispensable que l’installateur, sur le terrain, com- prenne bien toute la criticité que repré- sente chaque composant et toute la rigueur qui lui est demandée. De plus, dans les réseaux FTTH, les marges d’at- ténuation retenues par les opérateurs pour le vieillissement et les réparations sont faibles : de l’ordre d’un dB. Il est donc d’autant plus important d’appor- ter un soin tout particulier à la sélec- tion des composants et à leur mise en œuvre. Les composants passifs pour le FTTH et l’industrie française La France dispose d’une industrie de pointe en fibres optiques, câbles optiques et éléments de connectivité indispen- LES AUTEURS Jean-Pierre Bonicel est diplômé en science des matériaux de l’Ins- titut des sciences de l’ingénieur de Montpellier - Polytech (France). Il a rejoint en 1977 les Câbles de Lyon où, après avoir œuvré sur les solutions cuivre, il a participé au développement précoce de câbles de fibres optiques. Auteur de nom- breux brevets, il détient plusieurs postes de direction chez Alcatel en France et aux USA et ensuite chez Draka, en ingénierie, opérations, marketing et ventes. Il est actuel- lement directeur technique pour Prysmian Group Telecom Solutions, président d’Objectif fibre et pré- sident du Comité directeur Telecom du SYCABEL. Laurent Gasca est diplômé en sciences de l’École supérieure de physique et de chimie industrielles de Paris (ESPCI ParisTech) et titu- laire d’un MBA de l’Université de Panthéon-Sorbonne, Paris. Il rejoint Alcatel en 1993 et occupe plusieurs postes en recherche, industrialisa- tion, qualité. Il est l’auteur ou co- auteur de plus de 30 brevets et de nombreux articles dans des revues scientifiques. Il a été élu membre éminent de l’Académie technique Alcatel. En 2007, il rentre chez Draka en tant que responsable de la ligne de produit de fibre monomode. Il est actuellement Technical Sales Support Manager pour Solution Telecom en France pour Prysmian Group. REE N°1/2015 125 Des produits innovants : fibres, câbles, connectivité pour des infrastructures FTTH performantes et pérennes sables à la réalisation des réseaux FTTH/ FTTx. Sur notre sol est installée la plus grosse et la plus performante usine de production de préformes et de fibres optiques d’Europe. Nous avons en France une activité soutenue de recherche dans les domaines des fibres, câbles et éléments de connectivité. C’est pourquoi le syndicat profession- nel des câbleurs, le SYCABEL, a lancé un label « Câble de France » afin de bien valoriser ce savoir-faire et ces produc- tions de qualité. A une période où le terme « désindus- trialisation » revient trop souvent sur le devant de la scène, sachons, collective- ment, valoriser ce savoir-faire et faisons le fructifier en étroite coopération avec les clients opérateurs et installateurs. Par la même occasion nous favoriserons gran- dement l’exportation de ces solutions. Conclusion Le FTTH est un chantier fantastique, c’est le chantier télécom de ce début du 21e siècle. Le déploiement de l’in- frastructure passive nécessite un grand nombre de composants dont les perfor- mances et la qualité auront un impact direct sur la pérennité de ces réseaux. Malheureusement, ce point capital peut facilement passer au deuxième plan voire être ignoré, la vision à court terme et le credo de la baisse des prix prenant parfois largement le dessus. Un élé- ment très important concerne la mise en œuvre de ces réseaux. Une forma- tion rigoureuse du personnel chargé ce celle-ci est essentielle, comme le pré- conise la plate-forme « Objectif fibre ». C'est en associant des compo- sants passifs de qualité et une forma- tion rigoureuse des installateurs tout en assurant l'homogénéité des réseaux que l'on pourra créer des réseaux pérennes dont l’espérance de vie sera supérieure à 30 ans. Nous disposons en France de tous les atouts en R&D et en produc- tion industrielle pour réaliser ce grand chantier : sachons utiliser au mieux ces atouts. Références [1] F. Raharimanitra, « Contribution à l’étude des architectures basées sur le multiplexage en temps et en longueur d’onde dans le réseau d’accès, permettant la migration vers la nouvelle génération de PON (NG-PON) a 10 Gbits/s », Télécom Bretagne, Université de Bretagne- Sud, 2012. [2] J.-P. Bonicel, L. Gasca, J. Jaillet, G. Perrot, S. Esman et L. Diakite, “Very high bit rate in rural areas thanks to ADSS solutions on aerial medium voltage line”, chez CIRED, Lyon, 2015. [3] L. Gasca, O. Tatat, A. Le Dissez, J.-P. Bonicel, N. Evanno, J. Campion, F. Lissillour, B. Cahuzac, J. Jouneau et A. Tran Kiem, “Micro Modules cables and G 657 A2 fibers: key components for the implementation of large FTTH networks: Orange FTTH network case”, chez IWCS, Rhode Island, 2014. [4] S. Penet, O. Tatat, C. Roberts et M. Kerry, “A thousand seven hundred and twenty eight fiber cable for installation in a 32 mm sub-duct”, chez IWCS, Rhode Island, 2014.