Les composants structurels des produits de fils et de câbles peuvent généralement être divisés en quatre parties principales :conducteurs, couches isolantesLes câbles électriques comprennent des couches de blindage et de protection, ainsi que des éléments de remplissage et des éléments de tension. Selon les exigences d'utilisation et les scénarios d'application, certaines structures sont très simples et ne comportent que des conducteurs, comme les câbles aériens nus, les câbles de contact, les barres omnibus en cuivre-aluminium, etc. L'isolation électrique externe de ces produits est assurée par des isolateurs lors de l'installation et par le respect des distances de sécurité (isolation par l'air).
1. Les conducteurs
Les conducteurs sont les composants fondamentaux et indispensables à la transmission du courant électrique ou des ondes électromagnétiques au sein d'un produit. Ces conducteurs, souvent appelés âmes de fils conducteurs, sont fabriqués à partir de métaux non ferreux à haute conductivité, tels que le cuivre ou l'aluminium. Les câbles à fibres optiques, utilisés dans les réseaux de communication optique en constante évolution depuis trente ans, emploient des fibres optiques comme conducteurs.
2. Couches d'isolation
Ces composants enveloppent les conducteurs, assurant ainsi leur isolation électrique. Ils garantissent que le courant ou les ondes électromagnétiques/optiques transmises ne circulent que le long du conducteur et non vers l'extérieur. Les couches isolantes empêchent le potentiel (c'est-à-dire la tension) du conducteur d'influencer les objets environnants, assurant ainsi le bon fonctionnement du conducteur et la sécurité des personnes et des biens.
Les conducteurs et les couches isolantes sont les deux composants fondamentaux nécessaires aux produits de câblage (à l'exception des fils nus).
Lors de l'installation et de l'utilisation, dans diverses conditions environnementales, les fils et câbles doivent comporter des éléments de protection, notamment pour la couche isolante. Ces éléments sont appelés couches protectrices.
Les matériaux isolants doivent posséder d'excellentes propriétés d'isolation électrique et, par conséquent, une grande pureté et une teneur minimale en impuretés. Cependant, ils ne peuvent souvent pas assurer simultanément une protection contre les facteurs externes (contraintes mécaniques lors de l'installation et de l'utilisation, résistance aux intempéries, aux produits chimiques, aux huiles, aux agents biologiques et aux risques d'incendie). Différentes structures de couches protectrices répondent à ces exigences.
Pour les câbles conçus spécifiquement pour des environnements extérieurs favorables (par exemple, des espaces intérieurs propres et secs sans forces mécaniques externes), ou dans les cas où le matériau de la couche isolante présente lui-même une certaine résistance mécanique et climatique, il peut ne pas y avoir d'exigence pour une couche de protection en tant que composant.
4. Protection
Il s'agit d'un composant des câbles qui isole le champ électromagnétique interne du câble des champs électromagnétiques externes. Une isolation mutuelle est nécessaire, même entre différentes paires ou groupes de fils au sein d'un même câble. La couche de blindage peut être décrite comme un écran d'isolation électromagnétique.
Pendant de nombreuses années, l'industrie a considéré la couche de blindage comme faisant partie intégrante de la structure de protection. Cependant, il est désormais proposé de la considérer comme un composant distinct. En effet, la fonction de la couche de blindage ne se limite pas à l'isolation électromagnétique des informations transmises au sein du câble, empêchant ainsi les fuites ou les interférences avec les instruments externes ou d'autres lignes. Elle vise également à empêcher les ondes électromagnétiques externes de pénétrer dans le câble par couplage électromagnétique. Ces exigences diffèrent des fonctions traditionnelles des couches de protection. De plus, la couche de blindage n'est pas seulement placée à l'extérieur du produit, mais aussi entre chaque paire de fils ou plusieurs paires au sein d'un même câble. Au cours de la dernière décennie, le développement rapide des systèmes de transmission d'informations par fils et câbles, conjugué à la multiplication des sources d'interférences électromagnétiques dans l'atmosphère, a entraîné une diversification des structures de blindage. L'idée que la couche de blindage est un composant fondamental des câbles est aujourd'hui largement acceptée.
De nombreux câbles sont multiconducteurs, comme la plupart des câbles d'alimentation basse tension à quatre ou cinq conducteurs (adaptés aux systèmes triphasés), et les câbles téléphoniques urbains comportant de 800 à 3 600 paires. Après l'assemblage de ces conducteurs isolés ou paires de fils en un câble (ou leur regroupement multiple), des formes irrégulières et de grands espaces subsistent entre eux. C'est pourquoi une structure de remplissage doit être intégrée lors de l'assemblage du câble. Cette structure permet de maintenir un diamètre extérieur relativement uniforme lors de l'enroulement, facilitant ainsi le bobinage et l'extrusion de la gaine. De plus, elle assure la stabilité du câble et l'intégrité de sa structure interne, en répartissant uniformément les forces lors de son utilisation (étirement, compression et flexion pendant la fabrication et la pose) afin de prévenir tout dommage à sa structure interne.
Par conséquent, bien que la structure de remplissage soit auxiliaire, elle est indispensable. Des réglementations détaillées encadrent le choix des matériaux et la conception de cette structure.
Les câbles et fils traditionnels s'appuient généralement sur la couche blindée de leur gaine protectrice pour résister aux forces de traction externes ou à la tension due à leur propre poids. Les structures typiques comprennent le blindage en ruban d'acier et le blindage en fil d'acier (par exemple, l'utilisation de fils d'acier de 8 mm d'épaisseur, torsadés pour former une couche blindée, pour les câbles sous-marins). Cependant, dans les câbles à fibres optiques, afin de protéger la fibre des forces de traction mineures et d'éviter toute déformation, même légère, susceptible d'affecter les performances de transmission, des revêtements primaires et secondaires ainsi que des éléments de traction spécifiques sont intégrés à la structure du câble. Par exemple, dans les câbles des écouteurs de téléphones portables, un fin fil de cuivre ou un ruban de cuivre mince enroulé autour d'une fibre synthétique est extrudé avec une couche isolante, la fibre synthétique jouant alors le rôle d'élément de traction. De manière générale, ces dernières années, dans le développement de produits spéciaux, petits et flexibles, nécessitant de multiples courbures et torsions, les éléments de traction jouent un rôle important.
Date de publication : 19 décembre 2023