Pourquoi les câbles à fibre optique standard échouent dans les sols noirs.

Alors que l’ingénierie des télécommunications privilégie généralement la capacité du 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 destinées à durer plusieurs décennies, la principale menace n’est étonnamment pas la capacité. Il s’agit plutôt de la volatilité mécanique de la « Zone Active », la couche supérieure du sol soumise à d’intenses fluctuations d’humidité saisonnières.

Lors de la construction d’infrastructures réseau critiques, telles que des routes de raccordement où toute panne pourrait avoir un impact considérable, il est prudent de prendre en compte la capacité des câbles à fibre optique à résister aux conditions du sol.

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

La géotechnique des sols « réactifs »

Le principal antagoniste mécanique pour les infrastructures enterrées est un ordre de sol connu sous le nom de Vertisols, communément appelés « sols noirs ». Ceux-ci sont caractérisés par de fortes concentrations de minéraux argileux expansifs qui subissent des changements volumétriques dramatiques pendant les 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, notamment 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 feuilles sont relativement faibles. Lors de l’hydratation, les molécules d’eau sont attirées dans l’espace intralaminaire (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 observé cela dans des bâtiments, où les murs se fissurent et les fondations se déplacent en raison du mouvement du sol sous-jacent. Des sols problématiques se rencontrent à de nombreux endroits, mais certaines régions spécifiques sont bien connues.

Amérique du Nord

Plusieurs régions présentent des sols mouvants, y compris le tristement célèbre « Houston Black », prédominant dans le corridor texan. Ces sols sont connus pour leur coefficient élevé de dilatation linéaire (COLE), soulevant souvent les fondations et cisaillant les conduits avec une force suffisante pour rompre les conduites principales traditionnelles. D’énormes dégâts se produisent chaque année à cause des sols expansifs « Houston Black ».

Europe

Dans la région espagnole d’Estrémadure, dans une zone appelée Tierra de Barros, les Vertisols Pelliques subissent un affaissement 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 premier risque naturel lié au sol et peuvent cisailler les câbles et autres infrastructures, provoquant 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 de surface qui permettent une infiltration rapide de l’eau dans le sous-sol, déclenchant un gonflement localisé et violent qui peut déplacer énormément les câbles enfouis en une seule saison. Les opérateurs de télécommunications à travers l’Australie sont confrontés à d’énormes défis posés par ces sols dans de nombreuses régions du pays chaque année. Dans certains cas, les sols noirs se déplacent tellement qu’ils créent de vastes gouffres dans la terre.

Modes de défaillance des câbles à fibre optique enfouis

Le mouvement géotechnique attaque un actif enfoui 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 rétracte exerce un frottement élevé 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 les macro-courbures n’entraînent 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 d’énormes forces sur la gaine du câble, agissant comme un étau hydraulique. Les câbles standard 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)

C’est le mode de défaillance le plus critique et le moins bien considéré 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 se relâchent sous pression.

Sous des charges de compression axiale, les câbles standard flambent et se plient. Cela contraint 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 technique

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 leur imposent, et ils échouent donc rapidement même après des mouvements modérés du sol. ScaleFibre a conçu sa gamme de câbles haute résistance pour offrir une solidité supplémentaire qui résiste plus facilement aux forces environnementales que les câbles à fibre optique standard. Il existe deux grandes conceptions : le câble à fibre optique monocouche non armé haute résistance (avec une résistance à la traction de 6 kN), et le câble à fibre optique armé non métallique haute résistance (avec une résistance de 20 kN). Le premier offre environ trois fois la résistance à la traction d’un tube lâche traditionnel, tandis que le second offre environ dix fois la résistance à la traction (et augmente considérablement la capacité du câble à résister aux dommages causés par les rongeurs).

Niveau 1 : Haute résistance (6 kN)

Le niveau haute résistance de 6 kN représente une amélioration significative par rapport à la limite de traction standard de l’industrie de 2 kN, spécialement conçu pour supporter des 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 ce type d’installations à forte charge où les câbles standard sont insuffisants.

Ce câble ne possède pas d’armure et n’est donc résistant aux rongeurs qu’au même titre que les câbles non armés traditionnels.

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Niveau 2 : NMA Haute résistance (20 kN)

La conception haute résistance armée non métallique pousse encore plus loin la protection des câbles. Idéale pour les câbles critiques dans des environnements de sol à haut risque, cette version utilise des tiges solides en PRF (Plastique Renforcé de Fibres) pultrudées. Cela se distingue des armures plus courantes en fil de verre, et elle 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 style 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 standard.

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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 réseaux dorsaux à longue distance :

Immunité électromagnétique

Les routes longue distance sont souvent parallèles à des lignes électriques à 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 aux armures métalliques, les câbles diélectriques ne nécessitent aucune mise à la terre ou liaison aux points d’entrée, ce qui réduit considérablement le travail sur le terrain et la nomenclature (BoM). Dans de nombreuses juridictions, ils peuvent également partager des conduits ou des gaines électriques existants, là où les câbles métalliques sont interdits.

Stabilité chimique

Les tiges en PRF sont chimiquement inertes et insensibles à la corrosion. Celle-ci est courante dans les câbles métalliques enterrés dans des 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 diminue également la solidité du câble.

Conclusion

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