Etude de la maintenance du réseau de transmission en fibre optique

GENERALITES SUR LES SYSTEMES DE TRANSMISSION EN FIBRE OPTIQUE

 Ce présent chapitre se focalise sur la partie technique de l’exposé. Il permet de comprendre les éléments de base des réseaux en fibre optique. Plus précisément, il concerne le choix de la fibre optique pour des transmissions à grande distance, et de prendre en connaissance la structure générale des systèmes de transmission par fibres optiques. 

GENERALITES SUR LA TRANSMISSION 

 Les supports de transmission ont pour rôle de faire véhiculer les informations téléphoniques entre deux points quelconques distants, et ils ont des bandes passantes qui varient en fonction de leurs natures. On distingue plusieurs catégories de supports de transmission suivant la nature des signaux à transmettre et des systèmes mis en œuvre. Mais pour le réseau cellulaire, on utilise : le câble en cuivre (câbles coaxiaux, paires torsadées) ; le faisceau hertzien ; la fibre optique. Parmi ces supports de transmission, on distingue : les supports métalliques, non métalliques et immatériels. Les supports métalliques, comme les paires torsadées et les câbles coaxiaux, sont les plus anciens et les plus largement utilisés ; ils transportent des courants électriques. Les supports de verre ou de plastique, comme les fibres optiques, transmettent la lumière, tandis que les supports immatériels des communications sans fil propagent des ondes électromagnétiques. Les fibres optiques sont de plus en plus utilisées comme supports de transmission grâce à leurs propriétés exceptionnelles et particulièrement une bande passante très élevée et une atténuation très faible. Son utilisation pour transporter des informations sous-entend que le signal transporté est une onde lumineuse. A l’émission, il y’a un dispositif assurant la conversion électrique/optique, ce rôle est généralement assuré par une diode laser ou une diode électroluminescente et à la réception une photodiode permettra d’assurer la conversion inverse. 11 Etude de la maintenance du réseau de transmission en fibre optique : Cas de la Sonatel Depuis plusieurs années, les réseaux optiques ont été choisis pour réaliser les transmissions pour des liaisons de longues distances telles que les MAN (Metropolitan Area Networks) et WAN (Wide Area Networks). En effet, la fibre optique est le meilleur support parmi toutes les solutions existantes pour réaliser des réseaux hauts débits et supporter les montées en capacités exigées par les clients de ces réseaux. Son coût est de plus en plus faible sur le marché. 

LA FIBRE OPTIQUE

 Une fibre optique est un guide d’onde optique constitué de deux ou plusieurs couches de matériaux diélectriques transparents d’indices de réfraction différents assurant le confinement de la lumière au voisinage du centre.

HISTORIQUE

En 1854, le physicien Irlandais Tyndall a fait une première démonstration scientifique de ce phénomène dont l’expérience consistait à guider la lumière du soleil dans un jet d’eau. Et en 1950, La première application fructueuse de la fibre optique a eu lieu avec le fibroscope flexible, permettant de transmettre une image le long d’une fibre de verre. Il fut particulièrement utilisé en endoscopie pour observer le corps humain. Cependant, la mauvaise qualité des fibres ne permettait pas de transmettre la lumière sur une longue distance. Initialement les fibres optiques étaient exposées à des atténuations très élevées (1000 dB/km) et n’étaient donc pas compétitives par rapport aux câbles coaxiaux à basse fréquence (5 à 10 dB/km). En 1970, les scientifiques Américains Robert Maurer, Donald Keck et Peter Schultz de la société Corning en Amérique, produiraient la première fibre optique, avec pertes de phase suffisamment faibles de l’ordre de 17 dB/km, pour être utilisée dans les réseaux de télécommunications. Cette fibre optique, pourtant loin d’égaler les performances des fibres optiques modernes, pouvait transporter 65000 fois plus d’information qu’un câble en cuivre ordinaire. En 1974, les pertes de fibre optique de longueur d’onde 1300 nm ont été réduites à 0.4 dB/km. Aujourd’hui la fibre conventionnelle affiche des pertes nettement plus faibles de l’ordre de 0,25 dB/km pour la longueur d’onde de 1550 nm utilisée dans les télécommunications. Et depuis les années 1980, la structure de ces fibres est très simple : un cylindre en silice dont le cœur est dopé avec un oxyde de germanium. Les dimensions d’une fibre sont comparables à celles d’un cheveu. Avant l’apparition de la fibre optique, tous les réseaux de communication étaient câblés au moyen des fils en cuivre. Aujourd’hui, de plus en plus d’entreprises se tournent vers la fibre optique, qui présente de nombreux avantages par rapport au fil en cuivre. Tout d’abord, les fibres permettent de transporter une grande quantité d’information en même temps, grâce à une grande largeur de bande. De plus, le signal est beaucoup moins atténué (~100 fois moins), ce qui permet de limiter le nombre de répéteurs. Enfin, les fibres optiques ne demandent pas d’entretien particulier et ont une très bonne durabilité chimique, alors que les fils de cuivre se dégradent vite à cause de la corrosion. La baisse significative des coûts survenue ces dix dernières années permet d’ailleurs de proposer la fibre optique comme alternative au cuivre dans tous les types de réseaux. Aujourd’hui, 80% des communications à longue distance se font par le réseau à fibres optiques [B4]. 

DIFFERENTES PARTIE DE LA FIBRE OPTIQUE 

La fibre optique est composée de trois parties principales : Le cœur, la gaine et le revêtement de protection. La figure suivante présente les différentes parties de la fibre optique. 

 COEUR 

Généralement en silice, est la partie où a lieu la réfraction qui permet le transfert de la lumière et des informations. La fibre optique utilisée pour la transmission de l’information numérique possède un cœur de silice, pouvant être « dopé » afin de modifier son indice de réfraction. C’est à l’intérieur du cœur que va se propager la lumière. 

GAINE OPTIQUE 

 La gaine optique est constituée dans le même matériau que le cœur qu’elle entoure (avec leurs indices sont proches) c’est-à-dire n1 et n2 sont approximatives égaux avec n1 : indice de réfraction du cœur, n2 : celui de la gaine. 

REVETEMENT DE PROTECTION

 Généralement constitué de plastique, il assure la protection mécanique de la fibre optique, il sert également pour la flexibilité de la fibre et facilite sa manipulation et peut réunir plusieurs fibres. Cette couche extérieure n’intervient pas lors de la transmission de la lumière. Il a pour fonction de protéger les autres parties de la fibre optique et d’assurer sa flexibilité.

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT

 La fibre optique est un guide d’onde qui exploite les propriétés réfractrices de la lumière. Elle est habituellement constituée d’un cœur entouré d’une gaine. Le cœur de la fibre a un indice de réfraction légèrement plus élevé (différence de quelques millièmes) que la gaine et peut donc confiner la lumière qui se trouve entièrement réfléchie de multiples fois à l’interface entre les deux matériaux (en raison du phénomène de réflexion totale interne). L’ensemble est généralement recouvert d’une gaine plastique de protection. Lorsqu’un rayon lumineux entre dans une fibre optique à l’une de ses extrémités avec un angle adéquat, il subit de multiples réflexions totales internes. Ce rayon se propage alors jusqu’à l’autre extrémité de la fibre optique, en empruntant un parcours en zigzag. La propagation de la lumière dans la fibre peut se faire avec très peu de pertes même lorsque la fibre est courbée. Une fibre optique est souvent décrite selon deux paramètres : La différence d’indice normalisé, qui donne une mesure du saut d’indice entre le cœur et la gaine, est donnée par la relation : (2.1) [B4] où n1 est l’indice de réfraction du cœur, et n2 celui de la gaine ; L’ouverture numérique de la fibre Figure 2.3 : Coupe d’une fibre optique L’ouverture numérique caractérise l’angle maximum θ0 que peut faire le faisceau pour assurer sa propagation dans la fibre optique. (2.2) avec n0 : indice de réfraction du vide, n1 : celui du cœur et n2 : celui de la gaine. Au-delà de cette limite, les rayons sont déviés dans la gaine et finissent par disparaître. Une grande O.N permet d’injecter une grande quantité de lumière issue d’une source assez divergente (diode DEL). Une petite O.N n’autorise que l’injection d’un faisceau lumineux issue d’une source très directive (LASER).Dans le domaine des télécommunications optiques, le matériau privilégié est la silice très pure car elle présente des pertes optiques très faibles. Quand l’atténuation n’est pas le principal critère de sélection, on peut également mettre en œuvre des fibres en matière plastique. Un câble de fibres optiques contient en général plusieurs paires de fibres, chaque fibre conduisant un signal dans chaque sens. Lorsqu’une fibre optique n’est pas encore alimentée, on parle de fibre optique noire.