Qu’est-ce que la fibre optique ? Un guide

20 mars 2024 / Généralités, B-A-ba

Regarder un film en streaming, passer un appel téléphonique ou passer une endoscopie peut sembler des expériences disparates, mais elles ont un point commun : Ils sont reliés par un réseau invisible de fibres optiques. Dans ce guide, nous vous présentons les tenants et les aboutissants de cette puissante technologie. Vous apprendrez à quoi sert la fibre optique, comment fonctionnent les câbles à fibres optiques et quels sont leurs avantages.

Qu’est-ce que la fibre optique ?

La fibre optique est une technologie qui envoie des données sous forme d’impulsions lumineuses à travers des fils de verre. Cette méthode permet la transmission de données à grande vitesse sur de longues distances avec une perte minimale, ce qui la rend essentielle pour les réseaux de données modernes, les télécommunications et l'internet.

À quoi sert la fibre optique ?

La demande de capacités et de vitesses de transmission de données plus élevées ne cesse de croître à mesure que les applications de réseau se développent et que les organisations collectent plus de données (images, voix, vidéo, etc.) que jamais auparavant. Cela exige un câblage pouvant supporter une bande passante plus élevée. L’infrastructure à fibres optiques est de plus en plus utilisée pour les réseaux de télécommunications.

De quoi est faite la fibre optique ?

Un câble à fibre optique est constitué de minces brins ou fils de verre dont l’épaisseur ne dépasse pas celle d’un cheveu humain.

Diagramme d’un objet circulaire Description générée automatiquement

^{Les brins de fibre optique sont constitués d’un cœur, d’une couche de gaine et d’une enveloppe extérieure souvent appelée tampon.}

• L’âme d’un câble à fibre optique est constituée de brins extrêmement fins de verre ultra-pur. Les signaux lumineux générés par une source (telle qu’une LED ou un laser) sont envoyés par un transmetteur dans le noyau.

• Une couche de verre appelée « gaine » entoure le noyau d’un câble à fibre optique et sert de revêtement. Elle réfléchit la lumière dans le noyau, ce qui contribue à maintenir l’intensité du signal.

• L’enveloppe extérieure ou « tampon » d’un câble à fibre optique est généralement constituée d’un matériau plastique. Elle protège la fibre de l’humidité et des dommages, tout en préservant la résistance de la fibre de verre dans le noyau.

Grâce à cette combinaison de couches spécialisées, la lumière peut circuler pratiquement sans entrave dans tout le réseau câblé. Un récepteur reçoit alors le signal à l’extrémité d’une liaison.

Quel est l’objectif de la fibre optique ?

L’objectif premier de la technologie de la fibre optique est de permettre la transmission de grandes quantités de données à des vitesses élevées et avec une plus grande fiabilité. Cette capacité est essentielle pour prendre en charge les vastes réseaux interconnectés qui forment l’épine dorsale de notre société numérique, permettant une communication efficace et un accès en tout lieu et à tout moment.

Avantages et inconvénients des câbles à fibres optiques

Les câbles à fibre optique offrent de nombreux avantages par rapport aux câbles en cuivre, notamment une plus grande bande passante et une vitesse plus élevée, ainsi qu’une immunité aux interférences électromagnétiques.

• Vitesse de la lumière : Quel est le degré de rapidité ? Les câbles à fibre optique peuvent transmettre des données à des débits allant jusqu’à 800 Gb/s (le maximum actuel dans les centres de données, mais en théorie, les débits pourraient être encore plus rapides). Les services internet à haut débit s’appuient sur ces câbles pour fournir des vitesses internet parmi les plus rapides à des millions de clients.

• Une plus grande bande passante : Les fibres optiques peuvent transmettre une large gamme de fréquences lumineuses, ce qui permet de transférer plus de données à un débit plus élevé. Par exemple, une simple connexion par fibre optique peut transférer un film en format HD en moins d’un dixième de seconde alors qu’un réseau de bureau typique en fil de cuivre prendrait environ une minute pour effectuer la même tâche.

• Moins de pertes de données : La perte ou l’atténuation est une mesure de performance dans les normes de câblage et de réseau. La fibre optique risque moins de perdre des données en raison des interférences électromagnétiques provenant du câblage électrique, de signaux radio et même d’éruptions solaires.

• Aucune corrosion : Étant composés de matériaux non métalliques, les câbles à fibre optique ne peuvent pas se corroder. Cependant, ils sont vulnérables à la contamination par la poussière et l’humidité, c’est pourquoi les connexions en fibre optique doivent être inspectées régulièrement et maintenues propres pour assurer des performances optimales.

• Transmission sur de plus longues distances : Les câbles en cuivre sont limités à 100 mètres sans répéteur de signal, tandis que les câbles à fibre optique peuvent transporter des signaux sur 100 kilomètres sans perte d’intensité du signal.

Les câbles à fibre optique présentent toutefois certains défis. Bien que la fibre soit compétitive en termes de coût par rapport au cuivre, l’électronique nécessaire pour un réseau à fibre optique est plus coûteuse. Les câbles à fibre optique nécessitent également des outils spécialisés, des règles de sécurité strictes et des compétences spécifiques pour l’installation, la maintenance et la réparation. Cependant, ces défis peuvent être surmontés avec un équipement adapté, une formation adéquate et une assistance appropriée.

Qui utilise la fibre optique ?

La fibre optique est sans doute l’une des formes de technologie les plus polyvalentes qui existent actuellement, que ce soit pour apporter l’internet haut débit au bout de vos doigts ou pour assurer la connectivité dans les villes intelligentes. Voici quelques exemples de son utilisation :

• Télécommunications et internet
La fibre optique joue un rôle crucial dans les connexions internet haut débit, en reliant différents réseaux et centres de données, et en servant de colonne vertébrale à l’internet. Les fournisseurs d’informatique sur cloud s’appuient aussi fortement sur l’infrastructure de la fibre optique.

• Secteur médical
La fibre optique est idéale pour l’imagerie médicale à haute résolution. L’endoscopie, la chirurgie au laser, la tomographie par cohérence optique et la thérapie photodynamique font toutes appel à la technologie des fibres optiques.

• Transport
Les systèmes de transport intelligents utilisent la fibre optique pour assurer le suivi des données en temps réel, et ainsi contribuer au contrôle du trafic, à la gestion des systèmes de péage et des parkings, et au suivi de l’état des voies ferrées, entre autres applications. La fibre n’est pas réservée aux applications sérieuses : les câbles à fibre optique sont utilisés dans les systèmes de divertissement des avions parce qu’ils sont plus légers (et transmettent plus rapidement) que le câblage en cuivre.

• Secteur militaire
La fibre optique fournit une infrastructure de communication sécurisée qui résiste aux interférences électromagnétiques, à l’écoute clandestine et aux attaques par interférences.

• Automation industrielle
Les câbles à fibre optique sont souvent utilisés pour transmettre des données et contrôler des signaux dans des environnements où des moteurs de forte puissance, des appareils de chauffage et d’autres équipements similaires génèrent beaucoup d’interférences. Les usines et les raffineries peuvent avoir des installations physiques très vastes, et la fibre optique peut permettre des connexions réseau plus longues pour la surveillance des machines et le suivi des processus. La fibre ne conduit pas l’électricité, ce qui peut poser un problème de sécurité sur les longs parcours de câbles où le potentiel de mise à la terre peut varier d’un bout à l’autre du câble. Cette propriété est essentielle dans les applications nécessitant une « protection contre les explosions », comme dans les silos à grains et les mines, où une étincelle électrique dans l’environnement pourrait être catastrophique.

• Entreprises, campus et villes intelligents
La technologie de la fibre optique permet une connectivité haut débit, qui est essentielle pour les applications des villes intelligentes et dans les grands bureaux et campus en tant que technologie fondamentale pour l’agrégation de grands volumes de données sur de longues distances - de la transmission entre les étages ou les bâtiments au suivi des services, de l’infrastructure clé et de la sécurité dans les zones à haut risque.

Types de fibres optiques

Il existe deux types de fibres : multimode et monomode. Ils se distinguent par le diamètre de leur noyau et de leur gaine.

• Fibre optique monomode : Cette fibre a un petit noyau d’une largeur typique de 9 µm et un diamètre de gaine de 125 µm. La fibre monomode permet à un seul type de mode de lumière de se propager dans la fibre. La transmission est donc focalisée sur le laser et efficace, ce qui permet de minimiser la perte de signal et d’utiliser des applications à large bande passante sur de longues distances.

• Fibre optique multimode : La fibre multimode existe en deux tailles de noyau, avec des diamètres de 50 µm et 62,5 µm, et un diamètre de gaine de 125 µm. Grâce à son noyau plus large, la fibre multimode peut transmettre plus de modes de lumière simultanément. Les câbles à fibre optique multimodes sont parfaits pour les distances plus courtes dans les réseaux d’entreprises et de centres de données. Ces câbles peuvent être plus simples à installer grâce à leurs noyaux de plus grande taille, ce qui peut faciliter l’alignement.

	Fibre optique monomode	Fibre optique multimode
Diamètre du cœur	9 µm	50 µm (indice de pas)
Diamètre du cœur	9 µm	62,5 µm (indice gradient)
Diamètre de la gaine	125 µm	125 µm
Idéale pour	Performances plus élevées, distances plus longues, centres de données où le coût plus élevé de la prise en charge électronique n’est pas un problème.	Distances plus courtes, coût global moins élevé

Tendances futures de la fibre optique

L’avenir de la fibre optique est prometteur, avec une recherche et un développement continus visant à améliorer encore la technologie.

Les taux de transmission de données ont doublé tous les cinq ans environ, comme le montre le graphique ci-dessous de l’Ethernet Alliance. La grande tendance est à l’augmentation des débits de données via les mêmes câbles à fibre optique, ce qui permettra d’alimenter les vidéos 4K et 8K, les applications de réalité virtuelle et d’autres technologies à forte intensité de données.

^{Graphique utilisé avec l’autorisation de l’Ethernet Alliance.}

Une autre tendance est l’utilisation de la fibre optique pour répondre aux exigences des réseaux 5G. Cela permettra une connectivité sans fil plus rapide et plus fiable, en particulier dans les zones où la demande de données est élevée. La fibre optique sera à la base de la 5G, de la 5.5G, de la 6G et au-delà.

De plus, la miniaturisation des composants de fibre optique et le développement de fibres flexibles débloqueront de nouvelles applications dans les dispositifs de l’internet des objets (IoT).

L’importance de la fibre optique pour la transmission rapide des données n’est plus à démontrer, mais cette technologie peut encore faire beaucoup plus. Continuer à développer le potentiel de la fibre optique, c’est non seulement promettre des communications plus rapides, mais c’est aussi ouvrir la voie à des possibilités entièrement nouvelles, de la surveillance de l’environnement à l’amélioration de la sécurité dans notre monde interconnecté.