Lors du fonctionnement des câbles optiques et électriques, le principal facteur de dégradation des performances est la pénétration d'humidité. L'eau, en pénétrant dans un câble optique, peut accroître l'atténuation de la fibre ; dans un câble électrique, elle peut réduire l'isolation et affecter son fonctionnement. C'est pourquoi des dispositifs anti-humidité, tels que des matériaux absorbants, sont intégrés à la fabrication des câbles optiques et électriques afin de prévenir toute infiltration d'humidité ou d'eau et garantir ainsi la sécurité de leur fonctionnement.
Les principales formes de produits à base de matériaux absorbant l'eau comprennent la poudre absorbante,ruban adhésif étanche, fil imperméableet de la graisse hydrofuge gonflante, etc. Selon le lieu d'application, un seul type de matériau hydrofuge peut être utilisé, ou plusieurs types différents peuvent être utilisés simultanément pour garantir l'étanchéité des câbles.
Avec le déploiement rapide de la technologie 5G, l'utilisation des câbles optiques se généralise et les exigences les concernant se durcissent. L'introduction de normes environnementales strictes favorise notamment les câbles optiques entièrement secs, de plus en plus plébiscités par le marché. Ces câbles se caractérisent par l'absence de graisse hydrofuge, qu'elle soit de type remplissage ou gonflante. L'étanchéité est assurée par des rubans et des fibres hydrofuges sur toute la section du câble.
L'utilisation de rubans étanches à l'eau dans les câbles, notamment optiques, est très courante et a fait l'objet de nombreuses publications scientifiques. En revanche, les recherches sur les fils étanches à l'eau, et en particulier sur les fibres étanches à l'eau superabsorbantes, sont relativement moins nombreuses. Grâce à leur facilité de déploiement lors de la fabrication de câbles optiques et électriques et à leur mise en œuvre aisée, les fibres superabsorbantes sont actuellement le matériau d'étanchéité privilégié pour la fabrication de câbles, notamment optiques secs.
Application dans la fabrication de câbles d'alimentation
Avec le renforcement continu des infrastructures en Chine, la demande en câbles électriques pour les projets de production d'électricité ne cesse d'augmenter. Ces câbles sont généralement installés par enfouissement direct, en tranchées, en tunnels ou par voie aérienne. Ils se trouvent inévitablement dans des environnements humides ou en contact direct avec l'eau, et peuvent même être immergés temporairement ou durablement, ce qui entraîne une lente infiltration d'eau à l'intérieur du câble. Sous l'effet d'un champ électrique, des structures arborescentes peuvent se former dans la couche isolante du conducteur : c'est le phénomène d'arborescence d'eau. Lorsque ces arborescences atteignent un certain niveau, elles provoquent la dégradation de l'isolation. L'arborescence d'eau est aujourd'hui reconnue internationalement comme l'une des principales causes du vieillissement des câbles. Afin d'améliorer la sécurité et la fiabilité du réseau électrique, la conception et la fabrication des câbles doivent intégrer des dispositifs anti-infiltration d'eau ou des mesures d'étanchéité pour garantir une bonne protection contre l'eau.
Les voies d'infiltration d'eau dans les câbles se divisent généralement en deux catégories : l'infiltration radiale (ou transversale) à travers la gaine et l'infiltration longitudinale (ou axiale) le long du conducteur et de l'âme du câble. Pour l'étanchéité radiale (ou transversale), on utilise souvent une gaine étanche complète, par exemple un ruban composite aluminium-plastique enroulé longitudinalement puis extrudé avec du polyéthylène. Si une étanchéité radiale totale est requise, on emploie une gaine métallique. Pour les câbles courants, la protection contre l'infiltration d'eau se concentre principalement sur l'étanchéité longitudinale (ou axiale).
Lors de la conception de la structure d'un câble, les mesures d'étanchéité doivent prendre en compte la résistance à l'eau dans le sens longitudinal (ou axial) du conducteur, à l'extérieur de la couche isolante et dans l'ensemble de la structure. La méthode générale d'étanchéité des conducteurs consiste à les remplir de matériaux hydrofuges à l'intérieur et à la surface. Pour les câbles haute tension dont les conducteurs sont divisés en secteurs, il est recommandé d'utiliser un fil hydrofuge comme matériau d'étanchéité central, comme illustré sur la figure 1. Ce fil peut également être utilisé dans les structures étanches complètes. En plaçant du fil ou des cordes hydrofuges tissées à partir de ce fil dans les interstices entre les différents composants du câble, on bloque les canaux de circulation d'eau dans le sens axial, garantissant ainsi l'étanchéité longitudinale. Le schéma d'un câble étanche complet typique est présenté sur la figure 2.
Dans les câbles mentionnés précédemment, des fibres absorbantes sont utilisées comme barrière d'étanchéité. Ce mécanisme repose sur la grande quantité de résine superabsorbante présente à la surface des fibres. Au contact de l'eau, la résine se dilate rapidement, jusqu'à un facteur 10, formant une couche étanche sur la section circonférentielle de l'âme du câble. Cette couche bloque les infiltrations d'eau et empêche la diffusion et la propagation de l'eau ou de la vapeur d'eau dans le sens longitudinal, assurant ainsi une protection efficace du câble.
Application dans les câbles optiques
Les performances de transmission optique, mécaniques et environnementales des câbles optiques constituent les exigences fondamentales d'un système de communication. Pour garantir la durée de vie d'un câble optique, il est essentiel d'empêcher toute infiltration d'eau dans la fibre optique pendant son fonctionnement, car celle-ci entraînerait des pertes accrues (notamment par effet Joule). L'infiltration d'eau affecte les pics d'absorption de la lumière dans la gamme de longueurs d'onde de 1,3 µm à 1,60 µm, ce qui augmente les pertes de la fibre optique. Cette bande de longueurs d'onde couvre la majeure partie des fenêtres de transmission utilisées dans les systèmes de communication optique actuels. Par conséquent, la conception d'une structure étanche est un élément clé dans la fabrication des câbles optiques.
La conception de l'étanchéité des câbles optiques se divise en deux catégories : l'étanchéité radiale et l'étanchéité longitudinale. L'étanchéité radiale repose sur une gaine étanche complète, constituée d'un ruban composite aluminium-plastique ou acier-plastique enroulé longitudinalement puis extrudé avec du polyéthylène. Simultanément, un tube libre en polymère, tel que le PBT (polybutylène téréphtalate), ou en acier inoxydable, est ajouté à l'extérieur de la fibre optique. L'étanchéité longitudinale, quant à elle, prévoit l'application de plusieurs couches de matériaux étanches sur l'ensemble de la structure. Le matériau étanche à l'intérieur du tube libre (ou dans les rainures d'un câble squelette) est remplacé par une fibre absorbante, et non plus par une graisse étanche classique. Un ou deux brins de fil étanche sont placés parallèlement à l'élément de renforcement de l'âme du câble afin d'empêcher la pénétration de la vapeur d'eau extérieure le long de cet élément. Au besoin, des fibres étanches peuvent être insérées dans les espaces entre les brins libres du câble optique afin de garantir sa conformité aux tests de pénétration d'eau. La structure d'un câble optique entièrement sec utilise souvent un câblage multicouche, comme illustré à la figure 3.
Date de publication : 28 août 2025