Les systèmes sous-marins à fibres optiques : pose et exploitation Maroua Berrazaga Valentin Haarscher

Plan Introduction Transmission du signal Types et caractéristiques des câble Répéteurs Pose et réparation Conclusion

Introduction

Introduction 1995 – 1996 : TAT12 et TAT13 premiers câbles sous-marins utilisant l’amplification optique entre l’Europe et les USA 5 Gbit/s 1999 : multiplexage en en longueur d’onde (8x 2,5 Gbit/s) 20 Gbits/s 2003 : augmentation du débit par longueur d’onde (80x 10Gbit/s) 800 Gbits/s 2011 : multiplexage en polarisation et détection cohérente (64x 40 Gbit/s) 2,56 Tbits/s x500

Contraintes Distance de transmission Etanchéité à l’eau et aux gaz Résistance à la pression Résistance à la tension Fiabilité des répéteurs Compatibilité à la très haute tension Toutes ces contraintes rendent la mise en place des liaisons sous-marines beaucoup plus complexes que les liaisons terrestre !

Transmission du signal

Evolution du rapport signal à bruit Le rapport signal à bruit optique se dégrade au cours des 25 ans de vie de la liaison. Causes : Augmentation de l’atténuation de la fibre (0,003 dB/km) Réduction de la puissance de sortie des répéteurs (3 dB)) Réparation des câbles dans les eaux peu profondes ( 0,4 dB) Réparation des câbles dans les eaux profondes (3 dB) La dégradation du rapport signal à bruit optique au cours de la durée de vie de la liaison sous-marine varie entre 0,8 et 2 dB suivant le type de liaison Augmentation de l’atténuation de la fibre (0,003 dB/km) Réduction de la puissance de sortie des répéteurs (3 dB) (5% affectés) Réparation des câbles dans les eaux peu profondes ( 0,4 dB) (1 rép. par 20 km) Réparation des câbles dans les eaux profondes (3 dB) (1 rép. par 1000km) Il convient d’allouer une marge pour tenir compte de la dégradation du rapport signal à bruit optique durant la durée de vie du système

Types de fibres

Types des fibres Fibre à dispersion décalée non nulle (NZDSF) Fibre à pente de dispersion compensée (DSMF) Fibre à coeur de Silice pure (PSCF)

Fibre à dispersion décalée non nulle (NZDSF) Cartographie centrée de dispersion chromatique NZDSF Des liaisons transatlantiques utilisant la modulation d’intensité et la fibre NZDSF (Flag Atlantic1, Tat 14, Apollo…) avec une capacité totale de transmission de 21,4 Tbit/s

Fibre à pente de dispersion compensée (DSMF) Déployé à partir de 2007 Associe 2 types de fibres (NDSF et DCF) dans chaque tronçon La dispersion chromatique cumulée est quasi nulle sur tout le tronçon Entre 2008 et 2010: Liaisons transpacifiques reliant l’Asie aux U.S (15.6 Tbit/s) En 2010-2011: entre l’Inde et l’Europe ( 7.7 Tbit/s) En 2011: La côte Est de l’Afrique (7.7 Tbit/s)

Fibre à coeur de silice pure (PSCF) Sans dopant Une trés faible atténuation, une large surface effective et une dispersion chromatique élevée Synthèse: ACE Africa coast tu Europe Capacités transmises par fibre aucours du temps

Types et caractéristiques des câbles LW(17mm),LWP(enobé de couche d‘acier et de gaine de polyéthylène,23mm),SA(+fils d‘acier,30mm),DA(+seconde fils d‘acier,40mm) Différents types de câbles Vue en coupe d‘un câble LW Propriétés communes à tous les câbles: Tenue à la tension électrique(12kV), tenue à la pression(800bar), étanchéité à l’eau, étanchéité à l’hydrogène, tolérance à la torsion, résistance aux contraintes de traction

Répéteurs

Répéteurs stockés dans l‘usine avant chargement sur le bateau Le répéteur Haute fiabilité Robustesse à la coupure du câble Dispositif de contrôle et de mesure Caractéristiques mécaniques Nbr de pannes limité à 3 en 25 ans par liaison Un répéteur peut contenir jusqu‘à 8 pairs d‘EDFA Le poids d‘un répéteur est d‘envion 300kget sa longueur égale à 2.5m Répéteurs stockés dans l‘usine avant chargement sur le bateau

Pose et réparation

Repérage du tracé Objectif : déterminer la route que va emprunter le câble. Analyse du relief sous-marin Profondeur de l’eau Caractéristiques du sol Type de câble adéquat Matériel de pose approprié Grandeurs mesurées par bateaux de repérage équipés de MBES (Multi-Beam Echo Sonar) NB: Faible profondeur = risque d’agression élevé Ensouillage du câble dans le sol

Pose du câble et des répéteurs 2 types de pose : Pose en surface Plus simple Moins couteuse 5 nœuds Ensouillage Protège les câbles Très cher Eau peu profonde (<2000m) 0,5 nœuds ! 5 nœuds = 9,2 km/h Il vaut parfois mieux choisir un tracé plus long mais évitant les zones d’ensouillage -> importance du repérage ! Video NB : Le coût d’une journée de bateau câblier est d’environ 100 000 USD !

Types de défauts Il existe 3 différents types de défauts : Rupture de continuité optique (ou fort affaiblissement), mais pas de rupture de continuité électrique Court-circuit électrique sans affaiblissement optique Rupture totale du câble, électrique et optique NB : défauts causés par ancres de bateaux ou glissements de terrain Il fondamental de localiser le + précisément possible ces défauts afin que la réparation soit effectuée le + rapidement possible !

Localisation de défauts Coupure de fibre optique Court-circuit électronique sans dégradation optique Liaison fonctionnelle si alimentation aux 2 extrémités Tension électrique nulle à l’endroit du défaut Alimentation électrique régulée en tension pour maintenir un courant de 1 A Liaison non fonctionnelle Mesure par réflectométrie cohérente Effectuée depuis le terminal Loi d’Ohm + résistivité du câble = estimation de la localisation du défaut Précision de quelques centaines de mètres !

Réparation du câble Etapes: Couper le câble Utilisation d’ancres et de bouées pour remonter le câble et maintenir une extrémité à la surface Relever l’autre extrémité et couper le câble en amont du défaut Ajouter une longueur de câble égale à 2 à 3 fois la profonfeur Réjoindre l’autre câble à la bouée et lier les 2 extrémités Attention : avant toute intervention coupure de l’alimentation et reconfiguration du reste du réseau sous-marin ! NB : défauts causés par ancres de bateaux ou glissements de terrain Video

Conclusion

Conclusion Multiplication des liaisons sous-marines à amplification optique à partir de 1996 700 000 km de câbles immergés Capacité de transmission (100*10 Gbit/s par fibre) La fiabilité des répéteurs ( moins de 3 pannes par liaison en 25 ans) Technologie WDM Routage dynamique en longueur d‘ondes à venir! Problématique de la réparation

Merci pour votre attention !

Références

Références Télécoms sur fibres optiques, Pierre Lecoy DOSSIER Techniques de l’Ingénieur l’expertise technique et scientifique de référence e7105 Câbles sous-marins de télécommunication à fibre optique Date de publication : 10/10/2011 Par Olivier GAUTHERON Directeur Technique, Alcatel-Lucent Submarine Networks DOSSIER Techniques de l’Ingénieur l’expertise technique et scientifique de référence e7555 Câbles sous-marins à fibres optiques Date de publication : 10/03/1996 Par : René SALVADOR Ancien Élève de l'École Polytechnique, Ingénieur Général des Télécommunications

Slides de précision Non présentées mais utilisées si besoin

Evolution du rapport signal à bruit Le rapport signal à bruit optique se dégrade au cours des 25 ans de vie de la liaison. Causes : Augmentation de l’atténuation de la fibre (0,003 dB/km) Réduction de la puissance de sortie des répéteurs (3 dB) (5% affectés) Réparation des câbles dans les eaux peu profondes ( 0,4 dB) (1 rép. par 20 km) Réparation des câbles dans les eaux profondes (3 dB) (1 rép. par 1000km) où : OSNRSOL et OSNREOL sont les rapports signal à bruit en début et en fin de vie k est le nombre de répétiteur α(j) est l’affaiblissement du signal à l’entrée de chaque répétiteur

Exemple d’application Soit une liaison de 6200 mètres constituée de 100 répétiteurs (chaque tronçon fait donc 62km) et dont 1240 km de câble sont en eau peu profonde. On a : 20 tronçons en eau peu profonde qui subiront 3 réparations -> 0,4 x 3 + 0,003 x 62 = 1,4dB d’affaiblissement 5 tronçons en eau profonde qui subiront une réparation -> 3 x 1 + 0,003 x 62 = 3,2 dB d’affaiblissement 5 tronçons qui subiront la perte de puissance de sortie de 3 dB du répétiteur + 0,2 dB d’affaiblissement -> 3,2 dB 70 tronçons uniquement affaiblis -> 0,2 dB

Dégradation du rapport Si l’on passe ce résultat en décibels, on obtient : Cela représente la dégradation du rapport signal à bruit optique au cours de la durée de vie de la liaison sous-marine. NB: cette marge varie entre 0,8 et 2 dB suivant le type de liaison Il convient d’allouer une marge pour tenir compte de la dégradation du rapport signal à bruit optique durant la durée de vie du système

Court-circuit électronique sans dégradation optique Résistivité : 1ohm/km