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Revue 171 - La fibre optique : plus qu'une évolution, une révolution

Articles Revue TELECOM

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15/01/2014

 

La fibre optique :

plus qu’une évolution,

une révolution



par Michel DE VECCHIS (1969) dans la revue TELECOM n° 171



















Cet article essaye de faire l’historique de l’arrivée des fibres optiques. L’exercice est difficile car il y a eu beaucoup de changements et il faut faire des choix, forcément subjectifs, mais avec le recul, c’est passionnant.


Les télécommunications  en 1969

Lorsque j’ai quitté la Rue Barrault en 1969, le paysage des télécoms était totalement différent de ce qu’il est aujourd’hui. Une plaisanterie courante à l’époque consistait à dire que la moitié de la France attendait le téléphone et l’autre moitié la tonalité. Les liaisons inter centraux et interurbaines utilisaient des câbles coaxiaux ou des faisceaux hertziens. Les liaisons intercontinentales étaient rares et très chères. Par exemple, le dernier câble sous marin coaxial, posé en 1985, avait une capacité de 1380 voies téléphoniques. Depuis des années, les études pour augmenter la capacité de transmission portaient sur le guide d’ondes circulaire en ondes millimétriques, mais il était très délicat à mettre en œuvre et restait au stade des études.


Une fibre optique,  ça sert à quoi ?

En 1964, Charles Kao (Standard Telecom-munications Labs), avait décrit un sys-tème de communication optique par laser (inventé en 1960) et fibre optique. En 1966, il démontrait que les pertes éle-vées existant alors provenaient d’impu-retés dans la fibre et proposait ensuite la silice comme matériau idéal. Ces travaux lui ont valu le Prix Nobel en 2009. Toutefois, en 1970, les utilisations des fibres étaient principalement l’endos-copie et les lampes décoratives. En Mai 1970, une revue française de vulgari-sation écrivait que « des raisons théoriques  » empêchaient la propagation au-delà de 100m  ! C’est cette même année 1970 qu’une équipe de Corning Glass Works, Robert Maurer, Peter Schultz et Donald Keck, produisit la première fibre à 20 dB/km, ce qui allait être le point de départ des télécommunications optiques.


Les débuts

Je suis rentré en Novembre 1970 au Département Hyperfréquences de la Société LTT. Après différents travaux sur des composants hyper, mon patron, Bernard Chiron (50) m’a demandé en 1974 de regarder ce qu’on pouvait faire sur les fibres optiques. En France, peu de monde travaillait sur le sujet : des équipes de laboratoires de recherche  : le CNET, le Laboratoire Central de Recherches de Thomson CSF, le Laboratoire de Marcoussis de la CGE et quelques industriels  : Quartz et Silice, Sovis et Fort qui faisaient des petites quantités de fibre et Les Câbles de Lyon qui avaient commencé à étudier les câbles. Les premiers congrès sur la fibre voyaient le jour  : à Paris en 1974 et à Londres en 1975, ECOC (European Conference on Optical Communications) qui initialisa une conférence annuelle. Ils traitaient de la technologie  : fibres, câbles, composants optoélectroniques et systèmes. Les japonais semblaient en avance et faisaient un show, orchestré par NTT, qui voulait laisser croire que tout était maîtrisé. Les américains aussi semblaient bien avancés, mais en fait, aucune liai-son opérationnelle n’avait été installée. La première le fut à Chicago en 1977. Nous avons commencé à LTT à travailler sur les différents sujets et à la fin 1975, le CNET et nous sommes arrivés, indépendamment et par deux voies différentes à l’idée de la structure de câble dite cylindrique rainurée. Les premiers essais de câbles avaient été faits en gainant individuellement la fibre d’un tube plastique. Une des mesures de qualité était le niveau limité de pertes ajoutées au câblage. En effet, la fibre est sensible aux micro-courbures créées par son environnement qui altèrent à la fois son affaiblissement et sa durée de vie. Aux USA, les Bell Labs avaient développé une structure originale à ruban 12 fibres, très compacte mais avec un niveau élevé de micro-courbures. L’impact sur la durée de vie était minimisé par une pose des câbles en conduite pressurisée. Mais des fibres pouvaient casser et l’objectif était d’en avoir 10 bonnes. Il y avait donc un gros travail à faire sur les câbles, ainsi que sur l’amélioration de la qualité des fibres (affaiblissement et tenue mécanique) et des composants d’extrémité. Il a fallu plus d’un an pour que nous soit noti-fié un marché d’étude sur la structure à jonc rainuré car au CNET même, tous n’étaient pas convaincus. En attendant, les premiers essais ont été faits avec des moyens de fortune. Ils ont conduit à un résultat inattendu  : au lieu de pertes ajoutées au câblage, on constatait une réduction de l’affaiblissement. Nous avons compris que la fibre était mesurée sur touret donc sous contraintes que la mise en câble relâchait. J’ai annoncé ce résultat en juillet 1977 à Tokyo à la première IOOC (Integrated Optics and Optical Communications) lors d’une présenta-tion commune CNET-LTT. A la fin de la présentation, silence de mort, juste une question anodine et rien d’autre  : personne n’y croyait, mais après, dans les couloirs, les gens essayaient de savoir si c’était sérieux. Et, étrangement, dans les conférences qui ont suivi, on a de moins en moins parlé de pertes ajoutées au câblage. Nous avons donc poursuivi nos travaux (fig. 1).


Premières liaisons françaises

En 1977, les PTT ont lancé une consul-tation pour l’étude et la réalisation d’une liaison optique inter centraux, Tuileries-Philippe Auguste. LTT étant entrée dans le groupe Thomson, une fabrication de fibres a été lancée avec les technologies du LCR de Corbeville. LTT a été retenue pour les deux lots câbles et équipements sur la base d’un cahier des charges très ambitieux pour l’époque  : fibre à 5 dB/km (à comparer avec les 20 dB/km des débuts), épissurage global des joncs avec un budget total de 42 dB pour la liaison, dynamique des équipements de 50 dB, d’où une marge de 8 dB, et contrôle automatique de gain de 20 dB. La liaison a été activée en Août 1980 après deux ans d’études (fig. 2, page suivante) et là, la fibre était à 2,4 dB/km et la dynamique des équipements à plus de 52 dB  ; il a fallu introduire des atténuateurs ! Ceci montre la vitesse des progrès techniques dans le domaine.


Tuileries-Philippe Auguste n’a pas été la première liaison française : LTT a ins-tallé en Mai 1980 la liaison Vincennes-Noisy le Grand pour la RATP. Toujours en 1980, une liaison Surveillance des Trains En Marche a été installée à Ancenis pour la SNCF. Ces liaisons ont permis de lancer les premières fabrications de câbles pour les PTT (à 10, 20, 30 et 70 fibres) et d’autres liaisons, par exemple télésurveillance pour la Préfecture de police et Cognacq Jay-Tour Eiffel pour la télévision. C’est ainsi que le marché a démarré. Thomson a créé une filiale FOI (Fibres Optiques Industrie) qui a son pendant à la CGE  : CLTO (Compagnie Lyonnaise de Transmission Optique) qui, outre la fibre, fait aussi des systèmes.


En 1982 est lancé le projet Biarritz  : il s’agit d’un réseau visiophonique urbain en fibres optiques dans une partie de la ville de Biarritz. Le maître d’œuvre est SAT qui entre ainsi dans le domaine de l’optique. LTT assure la maîtrise d’œuvre du réseau de câbles. Ce projet est une réussite technique mais au plan utilisation, c’est plutôt un échec car la population concernée, composée pour une large partie de retraités, n’adhère pas.


Des progrès très rapides

Pendant ce temps, les progrès dans l’obtention d’un matériau de plus en plus pur pour la fibre ont permis d’ouvrir la deuxième puis la troisième fenêtre, respectivement à 1300 et 1550 nm, ce qui permet d’atteindre des affaiblissements beaucoup plus faibles, de l’ordre de 0,2 dB/km. Les fibres, de multimodes au début avec un cœur de 50 microns sont devenues monomode, le cœur étant réduit à 10 microns. Les composants d’extrémité adaptés ont été développés et ceci a permis d’envisager la réalisation de liaisons interurbaines et intercontinentales. En 1984, la situation n’est pas claire pour tout le monde concernant le choix de la fibre pour une liaison inte-rurbaine et les PTT décident de lancer deux liaisons d’environ 50 km, une mo-nomode, le Mans-La Flèche et l’autre multimode, La Flèche-Angers, confiées respectivement à CGE (CIT, Câbles de Lyon) et à Thomson (LTT). Mais tout cela se décantera très vite, en faveur de la monomode. La rapidité des évolutions techniques, que ce soit pour la fibre ou les composants optoélectroniques fera dire à certains que le domaine évolue en-core plus vite que les semi-conducteurs, pourtant cités en exemple.

Toujours en 1984, on commence à penser à la suite de Biarritz et à ce qui va devenir les vidéocommunications 1G  : on parle d’un câblage optique de la Communauté Urbaine de Lille, puis d’un plan plus vaste concernant plu-sieurs villes. Les PTT lancent un appel d’offre et retiennent deux réponses  : un consortium Velec-CGCT et LTT. La solution Velec-CGCT connaissant des problèmes, seul LTT, passé entre temps dans le giron de la CGE (suite au regroupement des activités télécommunications de Thomson et CGE), installera sur 12 sites des systèmes pour un total de 700.000 abonnés raccordables et près de 200.000 km de fibre. Ceci correspond, et de loin, à la plus grande installation au monde pour ce type d’application et à ce moment, la France apparaît très en pointe.

Pour cela, il a fallu tout réinventer et tout est nouveau : la fibre de 85 microns de cœur qui s’avère plus difficile à câbler, les câbles (fig. 3) de 1 à 210 fibres, le rac-cordement réalisable dans un réseau de distribution, les composants optiques et les équipements optoélectroniques adaptés à la télédistribution et les pro-cédures de pose. Techniquement, c’est un succès mais commercialement, on est loin des attentes. Ce qui devait être le précurseur d’un câblage général de la France n’a pas de suite et le raccordement d’abonnés en optique (FTTH  : Fibre To The Home) se fera ailleurs, au Japon en Corée, puis aux Etats-Unis. La France commence tout juste main-tenant à essayer de rattraper le retard qu’elle a pris.


Naissance du réseau mondial

Le premier câble transatlantique à fibre optique, TAT 8, installé en 1988, a une capacité d’environ 40000 circuits téléphoniques (à comparer au coaxial). Les années 90 voient une nouvelle évolution avec l’amplification optique et le multiplexage en longueurs d’ondes. Les liaisons terrestres haut débit se développent, et ne subsiste en cuivre que le raccordement d’abonné dans les pays qui n’ont pas encore de programme de raccordement tout optique. Le TAT8 sera suivi de nombreux câbles sous marins optiques. Au fond des mers s’installe un maillage de câbles de capacité de plus en plus élevée, qui a permis le dévelop
pement d’Internet et va conduire à la situation actuelle où l’on se connecte de la même façon à un serveur dans l’immeuble à côté ou à l’autre bout du monde. La notion de distance a été en pratique abolie et ceux qui ont connu les communications téléphoniques utilisant plusieurs satellites et les blancs dus aux temps de propagation y ont vu une grosse différence. Parallèlement à toutes ces évolutions techniques, les prix sont en décroissance constante et le coût unitaire n’a plus rien à voir avec ce qu’il était vingt ans avant.
 

Un trou d’air mondial

A la fin du XXe siècle, l’ambiance est à l’euphorie dans le domaine de l’optique : les nouveaux opérateurs, veulent tous installer de l’optique et l’industrie a du mal à suivre. Au début des années 2000, à Alcatel Câbles, les commerçants sont priés de ne plus sortir prendre de. commande mais de négocier avec les clients un étalement des livraisons ! Et puis soudain, patatras : avec l’explosion de la bulle Internet, les opérateurs se demandent ce qu’ils vont faire des fibres qu’ils ont installées. A titre d’exemple un gros opérateur européen, qui, une année, avait commandé plus d’un million de kilomètres de fibre ne commande rien l’année suivante et il en est de même à peu près partout. Il faudra plusieurs années pour que le marché reparte.
 

Situation actuelle et perspectives


En 2013, le gros du trou semble passé et les liaisons grandes distances et inter centraux sont à peu près partout en optique, sauf dans certains pays où les liaisons hertziennes sont plus adaptées. Les technologies du début ont fortement évolué et le raccordementd’abonnés en optique s’est développé dans plusieurs pays avec les avantages qu’il apporte :

- accroissement très important des capacités de transmission,
- forte réduction du coût de la voie,
- insensibilité aux perturbations électromagnétiques.
Sur ce sujet, comme cela a été mentionné plus haut, la France a pris du retard par rapport à d’autres pays et commence tout juste un rattrapage. La très grande majorité des installations fait appel à la technique des fibres partagées et du multiplexage en longueurs d’ondes. Mais il faut remarquer que ces choix découlent d’analyses économiques qui ont débuté il y a environ dix ans. Pendant ce temps, les prix des fibres et des composants ont encore diminué très fortement et la question de la pérennité de tels choix peut donc se poser.


En guise de conclusion

Je ne me hasarderai pas plus à faire des pronostics. Pendant plus de trente ans que j’ai passés dans le domaine des fibres, j’ai vu beaucoup de prévisions. Avec une constance remarquable, la quasi-totalité s’est avérée fausse. Alors, mieux vaut se retourner pour mesurer le chemin parcouru : il est énorme. Les télécommunications d’aujourd’hui et celles d’il y a quarante ans sont deux mondes différents et dans ce changement, la fibre optique a joué un rôle essentiel en permettant d’abolir en pratique deux paramètres qui constituaient des barrières, la distance et la capacité de transmission. Alors, attendons la suite !


L'Auteur


Michel de Vecchis (1969) 
débute en 1970 au Labo Hyperfréquences de LTT et dans la fibre optique en 1974.
Chef d’affaire pour la 1ere liaison optique PTT Tuileries Philippe Auguste de 1980. Directeur Technique Câbles de LTT, Directeur Marketing du Département Télécom Câbles de Lyon puis Directeur Normalisation de la Division Produits Télécom d’Alcatel Câbles et d’Alcatel Fibres Optiques.
















 

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