Pourquoi les câbles à fibres optiques standards échouent dans les sols noirs.

Bien que l’ingénierie des télécommunications privilégie généralement la capacité réseau, la bande passante et la perte optique, la survie ultime de la couche physique dépend de la stabilité géotechnique. Pour les propriétaires de réseaux construisant des infrastructures sur plusieurs décennies, la principale menace n’est étonnamment pas la capacité. Il s’agit plutôt de la volatilité mécanique de la “Zone Active”, c’est-à-dire la couche supérieure du sol soumise à d’intenses fluctuations d’humidité saisonnières.

Lors de la construction d’infrastructures réseau critiques, comme les dorsales où toute panne pourrait avoir un impact considérable, il est judicieux de prendre en compte la capacité des câbles à fibres optiques à résister aux conditions du sol.

Dans de nombreuses régions du monde, le sol se comporte comme une machine dynamique, exerçant des forces multivectorielles qui peuvent facilement dépasser les tolérances physiques des câbles à fibres optiques standards. Pour atténuer ce risque, les propriétaires de réseaux prudents se tournent vers des systèmes spécialisés à haute résistance, tels que les conceptions haute résistance de ScaleFibre, afin d’assurer la protection de leurs actifs.

La géotechnique des sols “réactifs”

Le principal antagoniste mécanique des infrastructures enterrées est un ordre de sol connu sous le nom de Vertisols, communément appelés “sols noirs”. Ceux-ci se caractérisent par de fortes concentrations de minéraux argileux expansifs qui subissent des changements volumétriques dramatiques lors des cycles d’humidification et de dessiccation.

Que se passe-t-il dans le sol ?

Le comportement d’un Vertisol est dicté par sa composition minéralogique, plus précisément par la présence de minéraux spécifiques. Ces minéraux présentent une structure en réseau 2:1 — essentiellement un “sandwich” moléculaire microscopique de différentes couches d’argile.

Les liaisons entre ces feuillets sont relativement faibles. Lors de l’hydratation, les molécules d’eau sont attirées dans l’espace interlaminaires (entre les couches), forçant les couches à s’écarter. À l’échelle macroscopique, cette expansion moléculaire entraîne une augmentation du volume du sol, générant des pressions de gonflement massives. D’autre part, pendant les périodes sèches, la perte d’eau provoque l’effondrement du réseau, entraînant un retrait du sol et la formation de fissures profondes ou de “fissures de retrait” qui peuvent s’étendre sur plusieurs mètres dans le sous-sol.

Géographies mondiales à risque

Ces zones géologiquement volatiles sont stratégiquement importantes et largement réparties. Les sols mouvants et expansifs posent des défis partout dans le monde. Vous avez sans doute déjà vu cela dans les bâtiments, où les murs se fissurent et les fondations se déplacent en raison du mouvement du sol sous-jacent. Les sols problématiques se trouvent dans de nombreux endroits, mais certaines régions spécifiques sont bien connues.

Amérique du Nord

Plusieurs régions présentent des sols mouvants, notamment le tristement célèbre “Houston Black”, prédominant dans le corridor du Texas. Ces sols sont connus pour leur Coefficient d’Extensibilité Linéaire (COLE) élevé, soulevant souvent les fondations et cisaillant les conduits avec une force suffisante pour rompre les canalisations de services publics traditionnelles. D’énormes dégâts se produisent chaque année en raison des sols expansifs “Houston Black”.

Europe

Dans la région d’Estrémadure en Espagne, dans une zone connue sous le nom de Tierra de Barros, les Vertisols Pelliques subissent une subsidence extrême. Au Royaume-Uni, les argiles du Groupe Lias sont des zones à haut risque de cisaillement induit par les glissements de terrain et de défaillance des infrastructures, souvent le long des emprises de transport couramment utilisées. En fait, au Royaume-Uni, les sols expansifs sont le principal risque naturel du sol et peuvent cisailler les câbles et autres infrastructures, causant des pannes généralisées, des fuites et des ruptures.

Australie

Contenant la gamme la plus diversifiée d’argiles fissurées au monde, les Vertisols australiens forment de profondes fissures en surface qui permettent une entrée rapide de l’eau dans le sous-sol, déclenchant un gonflement localisé et violent qui peut déplacer énormément les câbles enterrés en une seule saison. Les opérateurs de télécommunications à travers l’Australie sont confrontés chaque année à d’énormes défis posés par ces sols dans de nombreuses régions du pays. Dans certains cas, les sols noirs se déplacent tellement qu’ils créent de grandes crevasses dans la terre.

Modes de défaillance des câbles à fibres enterrés

Le mouvement géotechnique attaque un actif enterré par trois contraintes mécaniques distinctes. Un câble standard atteindra finalement sa limite élastique par l’une ou plusieurs de ces contraintes et tombera en panne.

1. Contrainte longitudinale (Tension)

Lorsque le sol sèche, la terre qui se contracte exerce une forte friction sur la gaine du câble, le tirant des deux extrémités. La plupart des fibres optiques ont une tolérance de contrainte maximale d’environ 0,2 % avant que les pertes par micro-courbure n’atténuent le signal ou que la macro-courbure n’entraîne la fracture du verre.

2. Écrasement radial (Pression de gonflement)

La réhydratation déclenche une augmentation rapide du volume, entraînant une charge d’écrasement radiale. Cette pression de gonflement peut exercer des forces énormes sur la gaine du câble, agissant comme un étau hydraulique. Les câbles standards avec des gaines minimales offrent peu de résistance, permettant aux tubes tampons de se déformer et de presser les fibres contre les parois du tube, induisant une forte atténuation.

3. Compression axiale (Flambage)

Il s’agit du mode de défaillance le plus critique et le moins pris en compte dans les environnements expansifs. Lorsque le sol se dilate, il pousse souvent axialement le long du câble vers des points plus stables. De nombreux câbles comportent des éléments de résistance limités, principalement conçus pour la traction lors de l’installation. Certains sont renforcés avec des fils d’aramide (comme le Kevlar), qui offrent une excellente résistance à la traction mais une résistance à la compression nulle. Ce sont essentiellement des cordes qui deviennent molles sous pression.

Sous des charges de compression axiales, les câbles standards flambent et se vrillent. Cela force les fibres de verre à un rayon de courbure inférieur à 30 mm, entraînant une perte optique catastrophique ou une défaillance physique totale.

Une Solution Ingénieuse

L’utilisation de câbles “réguliers” traditionnels dans les sols noirs ou expansifs est souvent sujette à des problèmes. Ces câbles ne sont tout simplement pas conçus pour supporter les forces que les sols noirs exercent sur eux, et échouent donc rapidement après même des mouvements modérés du sol. ScaleFibre a conçu sa gamme de câbles haute résistance pour offrir une résistance supplémentaire qui résiste plus facilement aux forces environnementales que les câbles à fibres optiques standards. Il existe deux grandes conceptions : le câble à fibre optique non armé à gaine simple haute résistance (évalué à 6kN de résistance à la traction), et le câble à fibre optique armé non métallique haute résistance (évalué à 20kN). Le premier offre environ trois fois la résistance à la traction d’un câble à tube libre traditionnel, tandis que le second offre environ dix fois la résistance à la traction (avec l’avantage supplémentaire d’augmenter significativement la capacité du câble à résister aux dommages causés par les rongeurs).

Niveau 1 : Haute Résistance (6kN)

Le niveau de haute résistance de 6 kN offre une amélioration significative par rapport à la limite de traction standard de l’industrie de 2 kN, conçu spécifiquement pour gérer les charges d’installation et environnementales accrues. Cette conception de câble utilise une gaine en Polyéthylène (PE) spécialisée intégrée à des améliorations propriétaires qui augmentent considérablement sa résilience mécanique sans nécessiter de couches supplémentaires. Tout en conservant un profil épuré, cette conception vise à maximiser la capacité de traction et la résistance à l’écrasement du câble, offrant une durabilité élevée au sein d’une structure à gaine unique. Cela en fait un choix efficace pour ces types d’installations à forte charge où les câbles standards sont insuffisants.

Ce câble n’est pas blindé et n’est donc résistant aux rongeurs qu’autant que les câbles non blindés traditionnels.

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High Strength Loose Tube Outdoor Fibre Cable

High-strength, resilient loose tube for critical network routes, engineered for resilience where ground movement or harsh conditions threaten service continuity.

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Niveau 2 : NMA Haute Résistance (20kN)

La conception haute résistance blindée non métallique pousse la protection des câbles encore plus loin. Idéale pour les câbles critiques dans les environnements de sols à haut risque, cette version utilise des tiges solides en PRF (Plastique Renforcé de Fibres) pultrudées. Cela se distingue des armures de type fil de verre plus courantes, et a l’avantage supplémentaire de fournir une rigidité structurelle significative. Elle offre une protection nettement supérieure contre les rongeurs et autres dommages similaires, car les tiges en PRF sont plus épaisses, plus solides et offrent une meilleure couverture que les “armures” de type fil.

Ces tiges solides offrent une Résistance à la Compression Axiale (RCA). Elles agissent comme des poutres qui maintiennent l’intégrité linéaire du câble, empêchant efficacement les dommages dus à la compression et le flambage qui compromettent les câbles standards.

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Cavo in fibra ottica per esterni con tubo sciolto corazzato ad alta resistenza

Tubo corazzato sciolto ad altissima resistenza per reti critiche da utilizzare quando i movimenti del terreno o le condizioni difficili minacciano la continuità del servizio.

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L’Avantage Diélectrique

Contrairement aux options de câbles blindés métalliques, qui n’ajoutent généralement pas une résistance suffisante pour les applications dans les sols noirs, la conception entièrement diélectrique (sans métal) des deux câbles haute résistance ScaleFibre offre des avantages opérationnels essentiels pour les dorsales longue distance :

Immunité Électromagnétique

Les routes longue distance sont souvent parallèles aux lignes électriques haute tension. Les câbles diélectriques sont non conducteurs, protégeant le réseau des courants induits et des coups de foudre qui peuvent faire fondre de manière catastrophique les alternatives blindées métalliques.

Efficacité Opérationnelle

Contrairement à l’armure métallique, les câbles diélectriques ne nécessitent pas de mise à la terre ou de liaison aux points d’entrée, ce qui réduit considérablement la main-d’œuvre sur le terrain et la nomenclature (BoM). Dans de nombreuses juridictions, ils peuvent également partager les gaines ou conduits électriques existants, là où les câbles métalliques sont interdits.

Stabilité Chimique

Les tiges en PRF sont chimiquement inertes et insensibles à la corrosion. C’est un problème courant pour les câbles métalliques dans les sols humides et acides, ce qui aura un impact négatif sur la durée de vie du système de câblage. Non seulement la corrosion réduit la résistance de l’armure métallique aux rongeurs, mais elle réduit également la résistance du câble.

Conclusion

Construire une dorsale numérique durable à travers des sols réactifs exige une philosophie d’ingénierie qui prend en compte les impacts géotechniques. S’appuyer sur des câbles standards non armés ou armés de fils dans ces environnements conduit à un cycle de maintenance et à une défaillance éventuelle. L’architecture à tiges solides de ScaleFibre représente la différence entre une responsabilité nécessitant une maintenance élevée et un actif d’infrastructure permanent.