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Le trafic internet mondial augmente en raison du développement d’applications mettant en oeuvre des techniques d’intelligence artificielle (IA) et des datacenters. La majeure partie est acheminée par plus de 400 câbles sous-marins. Ceux-ci constituent l’artère principale du réseau de communication international, qui s’étend sur environ 1,2 million de kilomètres.

Typiquement, un système de transmission optique sousmarin se compose d’un câble à fibre optique, d’un répéteur et d’un trou d’homme situé sur la côte où sont reliés les câbles sous-marins et terrestres. Il comprend également une station d’atterrissement du câble. Cette station, destinée au tirage des câbles sous-marins, abrite les équipements d’alimentation électrique et de surveillance ainsi que les dispositifs de connexion. Le répéteur amplifie le signal optique à l’aide d’un amplificateur à fibre dopée à l’Erbium (EDFA pour Erbium-Doped Fibre Amplifier), et assure la surveillance des points de défaillance ainsi que la distribution optique.

L’installation humide correspond à la partie sous-marine qui débute au niveau du trou d’homme situé sur la plage. L’installation sèche correspond quant à elle à la partie terrestre. Depuis quelque temps, un mode d’exploitation dit ouvert est de plus en plus répandu. Dans ce cas de figure, les installations humides et sèches sont exploitées par des fournisseurs de communications distincts. Ce qui clarifie les points de démarcation de la responsabilité au niveau du trou d’homme situé sur la côte.

Alors que les câbles sous-marins sont généralement en service pendant au moins 25 ans, la station d’atterrissement évolue fréquemment au gré des évolutions technologiques

Exigences en matière de test de câbles sous-marins

Lorsque des câbles sous-marins sont déployés sur une très longue distance, la perte de transmission du signal et le fonctionnement du répéteur sont étroitement surveillés. Aussi, dès lors que les câbles sont endommagés par les ancres des navires ou des catastrophes naturelles, il est indispensable de pouvoir identifier le lieu exact de la défaillance avant d’engager des frais liés au tirage des câbles et à leur réparation.

Un réflectomètre optique dans le domaine temporel utilisant la méthode de détection cohérente (C-OTDR pour Coherent Optical Time Domain Reflectometer) est considéré comme l’instrument le plus approprié pour localiser avec précision des défauts sur un câble optique sous-marin déployé sur de très longues distances. A l’instar d’un réflectomètre traditionnel (OTDR pour Optical Time Domain Reflectometer), il détecte la lumière rétrodiffusée ar diffusion Rayleigh, causée par les impuretés inhérentes à la fibre optique.

Les amplificateurs à fibre dopée à l’Erbium (EDFA) intégrés aux répéteurs utilisés par les systèmes Les EDFA installés dans les répétiteurs des câbles sous-marin amplifient les signaux optiques uniquement dans le sens de transmission. Cela signifie que la lumière rétrodiffusée dans l’EDFA ne peut pas être renvoyée par son trajet d’origine. En revanche, les câbles sous-marins intègrent des chemins de retour en fibre optique qui relient les sorties EDFA de la liaison montante et de la liaison descendante. Ce qui permet au C-OTDR de détecter toute la lumière rétrodiffusée en amont du répéteur afin d’identifier les défauts.

Le C-OTDR repose sur le même principe de fonctionnement qu’un réflectomètre traditionnel. Il envoie des ondes lumineuses dans la fibre optique sous test et détecte ensuite leurs réflexions (ou rétrodiffusion). La lumière émise par la source laser est répartie en deux chemins optiques par un coupleur optique. Par l’un des chemins, la lumière est convertie en lumière pulsée par un modulateur A/O puis injectée dans le câble optique sous-marin. La lumière de l’autre chemin, appelé oscillateur local (OL), est combinée avec la lumière rétrodiffusée revenant de la fibre sous test. Avant cette combinaison, la lumière rétrodiffusée est filtrée pour éliminer les signaux DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) actifs ainsi que le bruit. Le C-OTDR mesure et calcule la puissance de la lumière de battement, qui correspond aux interférences lumineuses entre les deux ondes lumineuses, et affiche la forme d’onde mesurée sur son écran.

La détection cohérente est la fonction la plus importante du C-OTDR. Il s’agit d’une méthode de réinjection de la longueur d’onde transmise à l’origine de sorte que le test délivre le résultat correspondant exactement à cette longueur d’onde. Bien que chaque amplificateur d’un réseau sous-marin augmente la puissance optique tout en amplifiant la puissance du bruit ASE (Amplified Spontaneous Emission), la méthode de détection cohérente permet au COTDR de détecter la lumière rétrodiffusée en dessous du bruit de l’ASE. Le C-OTDR permet également d’ajuster la longueur d’onde de la lumière pulsée injectée dans le câble sous-marin. Ce qui permet d’effectuer des tests aux longueurs d’onde DWDM mises en oeuvre dans la pratique.

En pratique, la puissance optique d’entrée d’un EDFA est uniforme sur les longueurs d’onde DWDM. D’autre part, le C-OTDR est souvent utilisé alors qu’il n’y pas de trafic sur les réseaux de transmission optique (pas de signal optique). Dans ce cas de figure, le contrôle du gain de l’EDFA ne peut pas maintenir une sortie stable en raison de la lumière pulsée générée par le C-OTDR. Pour remédier à ce problème, le C-OTDR émet une sonde et une lumière factice afin de garantir une puissance optique constante à l’EDFA. La sonde du C-OTDR et la lumière factice sont normalement situées aussi loin que possible des longueurs d’onde DWDM actives, minimisant ainsi tout risque d’interférence entre la lumière du C-OTDR et les signaux DWDM.

Test d’un réseau présentant une rupture de câble

Un réseau de communication sous-marin se compose de paires de fibres optiques comprenant une liaison montante et une liaison descendante, qui sont connectées via la voie de retour optique à chaque répéteur. Comme la lumière rétrodiffusée n’est renvoyée que dans la direction opposée au signal de transmission, la recherche de l’emplacement réel du défaut doit être effectuée dans la même direction que la fibre optique de la liaison de transmission (côté émetteur).

Si le câble de liaison montante ou descendante est rompu (c’est-à-dire de A à B mais pas de B à A), lors des tests effectués du côté du récepteur, le défaut indiquera l’emplacement final du répéteur directement après l’emplacement de la coupure. Par conséquent, la localisation peut être inexacte d’une distance égale à celle des sections du répéteur (jusqu’à 90 km). En effet, le C-OTDR ne « voit » que la lumière rétrodiffusée propagée vers le récepteur depuis le répéteur après la coupure.

L’une des principales causes de coupure des fibres optiques est le mouvement des fonds marins. Ces mouvements peuvent couvrir une vaste zone géographique et affecter une grande partie du câble. Lorsqu’un câble est coupé à deux endroits, il est très important de bien comprendre la situation.

Pour aider les ingénieurs à localiser les défauts des câbles optiques sous-marins, Anritsu propose le réflectomètre optique utilisant la méthode de détection cohérente (C-OTDR) de la série MW90010B. Ce réflectomètre peut effectuer des mesures avec une résolution de 10 m sur des câbles sous-marins de très grandes longueurs (jusqu’à 20 000 km) avec des répéteurs d’amplification optique installés à des intervalles de 80 km voire davantage. Grâce à la technique de détection cohérente, le MW90010B évalue la localisation des défauts, les pertes optiques de propagation et les pertes dues à la courbure du câble, la longueur des fibres, etc. La source lumineuse accordable intégrée est ajustable avec une précision de ±0,05 nm, sur une plage de longueurs d’onde de 1527,60 à 1567,13 nm. Ce qui permet de tester tous les câbles sous-marins DWDM.

Conclusion

Un réflectomètre optique cohérent dans le domaine temporel (C-OTDR) constitue la meilleure solution pour tester les câbles à fibres optiques sous-marins. Les instruments de nouvelle génération permettent de mesurer des distances e manière extrèmement précise et de caractériser les événements optiques de manière exhaustive. La combinaison de la technique de détection cohérente du C-OTDR et du chemin de retour des câbles sous-marins permet de caractériser rapidement et efficacement des milliers de kilomètres de fibres optiques.

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