1
INTRODUCTION GENERALE
0.1. HISTORIQUE
A l'époque de grecs anciens, le phénomène
du transport de la lumière était déjà connu.
La première démonstration scientifique du
principe de réflexion totale interne fût faite par les physiciens
Français Jean-Daniel COLLADON et Jacques BABINET à Paris au
débit des années 1840 (1).
En 1854, l'irlandais John TYNDALL répéta
l'expérience devant la société ROYAL BRITANNIQUE.
En 1880, Alexander GRAHAM BELL avait mis au point le
photophone qui était la première tentative de communication
optique.
En 1927, BAIRD et HANSELL tentèrent de mettre au point
un dispositif d'images de télévision à l'aide de fibres de
verre.
Quelques années plus tard, en 1930, Heinrich LAMM
réussit à transmettre l'image d'un filament de lampe
électrique grâce à un assemblage rudimentaire des fibres de
quartz.
Cependant, il était encore difficile à cette
époque de concevoir que ces fibres de verre puissent trouver une
application.
La première application fructueuse de la fibre optique
a eu lieu au début des années 1950, lorsque le fibroscope
flexible fût inventé par VAN HEEL et HOPKINS.
Malheureusement, la transmission ne pouvait pas être
faite sur une grande distance.
En 1957, la fibroscopie (Ende-scopie flexible
médicale), fut inventée par BASIL HIRSCHOWITZ aux Etats-Unis.
La télécommunication par fibre optique restent
impossibles jusqu'à l'invention du Laser en 1960.
Dans sa publication de 1964, Charles KAO, des standards
Télécommunication LABORATOIRES, découvrait un
système de communication à longue distance et à faible
perte en mettant au profil l'utilisation conjointe du Laser et de la fibre
optique.
1 COLLADON, J.D., les réflexions d'un rayon
de lumière à l'intérieur d'une veine liquide parabolique,
Comptes Rendus 15, 800, 1842 in la fontaine laser (laboratoire de physique
des lasers), (Archive).
2 http//
Wikipedia.com ; Livre blanc sur les
autoroutes de l'information 1994
3http//
Wikipedia.com ; blog Pixmania : 5.5
Millions de nouveaux abonnés à la fibre optique [Archive]
2
Peu à près, en 1966, il démontra
expérimentalement avec la collaboration de Georges HOCKMAN, qu'il
était possible de transporter des données sur une grande distance
sous forme de la lumière grâce à la fibre optique.
En 1970, trois scientifiques de la compagnie CORMING GLASS
WORKS de News York : Robert MAURER, Peter SCHULTZ et Donal KECK, produisirent
la première fibre optique avec de perte phase suffisamment faible pour
être utilisée dans le réseau des
télécommunications.
Le premier système de communication
téléphonique fût installé au centre-ville du Chicago
en 1977.
En France, la DGT à installer la première
liaison optique à Paris entre les centraux téléphoniques
des TUILERIES et Philipe-Auguste.
On estime qu'aujourd'hui, plus de 80% des communications
à longue distance sont transportées le long de plus de 25
millions de kilomètres de câbles à fibre optique partant
dans le monde.
La fibre optique, s'est limitée dans une
première phase (de 1984 à 2000), à l'interconnexion des
centraux téléphoniques, eux seuls nécessitant de forts
débits.
Cependant, avec la baisse de coûts entrainée par
sa fabrication en masse et les besoins croissants des particuliers en
très hauts débit, on a envisagé depuis 1994 (2)
et 2005 son arrivée voir même chez les particuliers.
(3)
0.2. OBJECTIF DU TRAVAIL
A savoir que, la fibre optique est un guide d'onde qui
exploite les propriétés réfractrices de la
lumière.
Les objectifs visés dans ce travail consistent de
mettre ensemble tous les principes possibles à l'étude sur la
transmission des données par fibre optique, de connaitre aussi les
différents avantages que la technologie apporte et enfin de comprendre
la notion sur la propagation de la lumière.
3
0.3. PROBLEMATIQUE
La problématique étant définie, comme
l'ensemble des questions que les chercheurs se posent pour son travail, dans le
cadre de notre étude plusieurs questions peuvent se poser à
savoir :
- Pourquoi transmettre les données par la fibre optique
?
- Pourquoi une fibre optique présente-t-elle un support
approprié pour des liaisons des hauts débits ?
- Quelle sont les différents avantages que la fibre
optique représente pour la transmission des données ?
0.4. HYPOTHESE
L'hypothèse consiste à apporter quelques pistes des
solutions provisoires aux questions soulevées à la
problématique.
Pour répondre à toutes ses questions, nous
préférons faire une étude sur les principes de
transmission des données par fibre optique.
0.5. DELIMITATION DU SUJET
Notre sujet est délimité dans le temps et dans
l'espace. ? Dans l'espace
Compte tenu de la complexité du domaine de
télécommunication, nous allons nous limiter aux principes de
transmission des données par fibre optique.
? Dans le temps
Notre travail couvre la période allant du mois de novembre
2011 au mois de juillet 2012.
0.6. CHOIX ET INTERET DU SUJET
Nous avons opté notre choix sur ce thème afin
d'avoir de l'information sur la transmission des données par fibre
optique.
Notre intérêt est aussi de comprendre les
différents principes utilisés dans la transmission des
données à grande distance et à la forte capacité
d'information avec la fibre optique.
Voilà en bref, le mobile de choix et intérêt
scientifique de notre sujet.
4
0.7. TECHNIQUES ET METHODES UTILISES
0.7.1. Méthodes
Par sa définition, qui est une démarche
raisonnée, suivie pour parvenir à un but, nous allons utiliser
des méthodes suivantes :
- Méthode analytique : nous permettra de
décomposer les éléments de la transmission pour en
dégager les spécificités ;
- Méthode fonctionnelle : nous permettra d'expliquer
les principes de base de la transmission des données par fibre
optique.
0.7.2. Techniques
Les techniques suivantes seront utilisées dans ce
travail, à
savoir :
- La technique documentaire : elle nous permettra de consulter
des ouvrages appropriés pour notre étude ;
- La technique de recherche sur le net : elle nous permettra
d'accéder aux sites traitant des éléments essentiels pour
notre sujet ;
- La technique d'enquête et d'interview : elle nous
permettra à descendre sur le terrain afin d'avoir le contact avec les
experts à la matière.
0.8. SUBDIVISION DU TRAVAIL
Hormis la partie introductive et la conclusion
générale, ce présent travail de fin de cycle portera ainsi
trois chapitres, à savoir :
- Chapitre I : Généralité sur la
transmission des données ;
- Chapitre II : Présentation d'une fibre optique ;
- Chapitre III : Différents principes de transmission
des données par fibre optique.
5

CHAPITRE 1 : GENERALITE SUR LA TRANSMISSION
DES DONNEES
1.1. INTRODUCTION
Transporter l'information d'un point à un autre
nécessite l'établissement d'une série des conventions
concernant les supports de transmission, les grandeurs physiques liées
à la propagation et une étude sur la
propagation du signal.
Cet ensemble des conventions permettra de qualifier une
transmission et de définir ses possibilités d'emploi.
1.2. ETUDE SUR LA PROPAGATION DU SIGNAL
1.2.1. ORGANISATION D'UNE CHAINE DE TRANSMISSION (figure
1.1.)
L'organisation d'une chaine de transmission se présente de
façon suivante (4) :

Figure 1.1 : chaine de transmission
a. Signal à transmettre :
- Signal analogique : audio ou vidéo
- Signal numérique : vidéo,
téléphonie, donnée informatique
b. Modulateur :
Un signal ne peut pas se propager seul, il doit y avoir pour
support un
signal porteur sera modulé par le signal à
transmettre (figure 1.2) (5)
4 BISSIERES, Ch., Transmission du signal
(physique appliquée), P.1
5 Idem
6

Figure 1.2 : Principe d'une modulation
c. Emetteur :
C'est le dispositif qui permet la transmission par onde
électromagnétique du signal modulé (6).
Nous avons plusieurs types d'émetteurs : Emetteur en AM
et en FM
d. Récepteur :
Il reçoit des ondes électromagnétiques,
sélectionne et reconstitue le signal modulé transmis par
l'émetteur (7).
Comme pour l'émetteur nous avons des récepteurs en
AM et en FM
1.2.2. GRANDEURS PHYSIQUES LIEES A LA PROPAGATION
Nous avons plusieurs grandeurs physiques liées à
la propagation d'un signal, parmi lesquelles, nous citons:
a. Fréquence :
Elle est notée généralement f, est se
définit comme l'inverse de la période par la relation suivante
(8) :
(1)
La fréquence s'exprime en hertz (Hz), elle est aussi le
nombre d'oscillations d'un phénomène périodique
(9).
6 BISSIERES, Ch., Op.cit., P. 1
7 Idem
8 Http//
www.Wikipedia.com :
recherche sur la fréquence
9 Idem
7
A titre d'exemple (10):
- Canal TV 28 : 527,25 Mhz pour l'image et 533,75 Mhz pour le son
; - Bande FM : de 87,5 Mhz à 108 Mhz ;
- Radio et TV satellite : de 10,7 GHz à 12,75 GHz
b. Période :
Notée généralement T, est définie
comme l'inverse de la fréquence (11).
(2)
c. Vitesse de propagation :
C'est la vitesse v de l'onde en .
Elle est donnée par la relation :
(3)
v
Avec :
: Permittivité du milieu dans le vide :
F/m (4)
u : Perméabilité du milieu dans le vide :
H/m (5)
d. Longueur d'onde :
La longueur d'onde est définie comme étant la
distance parcourue par l'onde pendant une période d'oscillation
(12).
Donnée par la formule suivante :
(6)
10Http/
www.Wikipedia.com :
recherche sur la fréquence op.cit.
11 Http/
www.Wikipedia.com :
recherche sur la période
12 BISSIERES, Ch., Op.cit., P.1
8
1.2.3. MILIEU DE TRANSMISSION
Le milieu de transmission n'est rien d'autre que le canal de
propagation d'un signal qui sera développé au paragraphe
1.3.2.
1.3. SUPPORTS DE TRANSMISSION
1.3.1. CARACTERISTIQUES DES SUPPORTS DE TRANSMISSION
a. Bande passante (B.P)
Elle est définie comme étant un intervalle des
fréquences auquel l'amplitude de réponse d'un système
correspond à un niveau de référence, donc sur lequel ce
système peut être considéré comme "Fiable"
(13). La figure 1.3 nous illustre la trace de la B.P d'un
système.

Figure 1.3 : trace de la B.P d'un système.
Les transmissions (lignes, amplificateur) ne transmettent pas
toutes les harmonies du signal de façon identique.
Les signaux sont transmis avec une distorsion faible
jusqu'à une certaine fréquence appelée "Fréquence
de coupure".
Au-delà de cette fréquence, toutes les harmonies
sont fortement atténuées.
On appelle bande passante (figure 1.3), l'espace de
fréquence telle que tout signal appartenant à cet intervalle, ne
subisse plus, un affaiblissement déterminé par rapport à
un niveau de référence.
L'affaiblissement exprimé en décibel (dB), est
donné par la relation :
(7)
Avec :
P1 : puissance du signal à la sortie
P0 : puissance du signal en référence
13 SERVIN, Cl., RÉSEAUX ET
TÉLÉCOMS et exercices corrigés, Paris 2003, P.46
14MALVINO, A.P. et BATES, D.J., Electronic
principles, McGraw-Hill Science, 2006 (ISBN 0073222771 et
0071108467), p. 563-577
9
La bande passante est généralement
définie pour une atténuation en puissance de moitié, ce
qui correspond a -3dB (figure 1.4).

Figure 1.4 : Bande passante a -3dB
La largeur d'un signal correspond à la bande passante
minimale que le système doit posséder pour restituer correctement
l'information.
Ainsi, la bande passante qualifie le système tandis que la
largeur de bande qualifie le signal.
Notons que le terme de la bande passante est utilisé non
seulement pour désigner un espace fréquentiel (Bande passante
exprimée Hz), mais aussi pour qualifier le débit binaire d'un
système (bande passante exprimée en bit/sec).
Exemples de B.P (14):
- Sons audibles : 20 Hz-20 KHz
- Voix : 50 Hz-3 KHz
- Signal téléphonique : 300 Hz-3400 Hz
- Sons qualité radio FM : 40 Hz-15 KHz
- Signal de télévision PAL pour 1 canal : 6 MHz
- Signal de télévision SECAM pour 1 canal : 8 MHz
b. Impédance Caractéristique (figure 1.5)
La notion d'impédance en courant alternatif recouvre une
notion similaire à celle de résistance en courant continu, elle
s'exprime en Ohm.
Le rapport du/di pour une ligne supposée de longueur
infinie s'appelle "Impédance caractéristique", notée Z
qui est donnée par la relation suivante :
[
R +j . L . (8) G +j
.C.WW
10
Pour une ligne sans perte (c'est-à-dire R=0 et G=0) nous
avons :
v Lc (9)
Avec :
w= 2.ð.f ; qui est la pulsation du courant exprimé en
radiance/sec
Z , ou impédance caractéristique, est
l'impédance d'une ligne de longueur finie, on montre (la figure 1.5),
qu'une ligne de longueur finie refermée sur un récepteur, dont
l'impédance Z,.. est telle que Z,.. = Z , se comporte
comme une ligne de longueur infinie.
Le transfert de puissance est maximum entre le
générateur et le récepteur, la ligne est dite
adaptée (adaptation d'impédance) (15).

Figure 1.5 : notion d'adaptation d'impédance
c. Coefficient de vélocité (Cv)
Le coefficient de vélocité est une grandeur qui
mesure la vitesse de propagation du signal dans un support.
C'est le rapport entre la vitesse de propagation réelle
et la vitesse de la lumière (C=3. 108 m/s).
(10)
15 SERVIN, Cl., Op.cit, P. 50
11
1.3.2. SUPPORTS MATERIELS
a. PAIRE TORSADEE (figure 1.6)
Une paire torsadée est une ligne de transmission
formée de deux fils conducteurs en roulés en hélice l'un
autour de l'autre (16).
Figure 1.6 : Représentation d'une paire torsadée
ou symétrique
Cette configuration a pour but de maintenir
précisément la distance entre les fils et de diminuer la
diaphonie.
Le maintien de la distance entre fils de paire permet de
définir une impédance caractéristique de la paire, afin de
supprimer les réflexions des signaux aux raccords et en tout ligne.
Les contraintes géométriques (épaisseur
de l'isolant/diamètre du fil) maintiennent cette impédance autour
de :
- 100 ohms pour les réseaux Ethernet en étoile ;
- 100 ou bien 105 ohms pour les réseaux Token Ring ;
- 100 ou bien 120 ohms pour les réseaux de
téléphonie ; - 90 ohms pour les câbles USB.
Plus le nombre de torsade est important, plus la diaphonie est
réduit, le nombre de torsade moyen par mètre fait partie de la
spécification du câble, mais chaque paire d'un câble est
torsadée de manière légèrement différente
pour éviter la diaphonie.
L'utilisation de la signalisation différentielle
symétrique permet de réduire d'avantage les
interférences.
Il est apparu en 1983, et il est toujours utilisé de
nos jours par exemple pour les connexions internet en réseau filaire.
Les paires torsadées ont été
utilisées dans les câbles téléphoniques, y compris
à longue distance, depuis la généralisation du
téléphone du temps ou la gaine extérieur des câbles
était en plomb, et isolant des fils en papier recouvrant une couche
d'email.
16 SERVIN, Cl., Op.cit. P.51
12
Les paires torsadées sont souvent blindées afin de
limiter les interférences aux paires ou à l'ensemble formé
par celle-ci lorsque le blindage est appliqué à l'ensemble des
paires, on parle d'écrantage.
Il existe plusieurs types des paires torsadées :
- Paires torsadées UTP ;
- Paires torsadées STP ;
- Paires torsadées téléphoniques.
b. CABLE COAXIAL
Le câble coaxial ou ligne coaxiale est une ligne de
transmission ou liaison asymétrique, utilisée en hautes
fréquences, composée d'un câble à deux
conducteurs.
L'âme centrale, qui peut être monobrin ou
multibrins (en cuivre ou en cuivre argenté, voir en acier
cuivré), est entourée d'un matériel diélectrique
isolant figure 1.7.
Le diélectrique est entouré d'une tresse
conductrice (aux feuilles d'aluminium enroulées), appelées
"Blindage", puis d'une gaine isolante et protectrice (17).

Figure 1.7 : câble coaxial
Ce type de câble est utilisé pour la transmission
de signaux numériques ou analogique à haute ou basse
fréquence.
L'invention est attribuée à l'américain
Herman AFFEL (1893-1972) dont le brevet était accepté le 8
décembre 1931 est avait comme usages de se placer :
- Entre une antenne TV ("râteau" TNT ou parabole
satellite) et un récepteur de télévision ;
- Dans le réseau câble urbain ;
- Entre un émetteur et l'antenne d'émission, par
exemple une carte électronique WIFI et son antenne ;
- Entre des équipements de traitement du son
(microphone, amplificateur, lecteur CD,...) ;
17SERVIN, Cl., Op.cit. P. 54
13
- Dans les réseaux de transmission des données
telles qu'Ethernet dans ses anciennes versions 10 base 2 et 10 base 5 ;
- Pour les liaisons inter urbaines téléphoniques
et dans les câbles sous-marins ;
- Pour le transport d'un signal vidéo, exemple camera
filaire déportée, sur de distances significatives dizaines de
mètre.
Le câble coaxial est maintenant remplacé par la
fibre optique (Cfr 1.3.2.c) sur des longues distances (supérieures
à quelque kilomètre).
Cela est déjà en application dans des pays
développés.
L'avantage d'un câble coaxial sur une ligne bifilaire
(est constitué de deux conducteurs parallèles
séparés par un diélectrique) et il y a création
d'un écran (cage de faraday) qui protège le signal a des
perturbations électromagnétiques, il évite que les
conducteurs ne produisent pas eux même de perturbation.
c. FIBRE OPTIQUE
Un faisceau de lumière (figure 1.8) au passage d'un
milieu 1 vers un milieu 2, est réfléchi et est
réfracté avec une déviation (passage dans le milieu 2).
L'indice de réfraction (n1, n2) mesure le rapport entre
la vitesse de la propagation du rayon lumineux dans le vide et celle du milieu
considéré, soit :
(11)
Ou n est l'indice de réfraction absolue du milieu.
Considéré c, la vitesse de la lumière
dans le vide ( 3. 108/s), v la vitesse de propagation de la
lumière dans un milieu considéré (figure 1.8).

Figure 1.8 : loi de Descartes
14
(12)
La loi de Descartes est donnée par :
Ou encore
(12)
Lorsque l'angle d'incidence augmente ( sin61),
l'énergie réfractée diminue et l'énergie
réfléchie augmente.
Si on augmente encore l'angle, la réfraction de toute
l'énergie réfléchie, elle devient totale.
Cette propriété est utilisée pour
réaliser des guides de lumière : la fibre optique.
Une fibre optique (figure 1.9) est composée d'un fil de
silice appelé coeur, entouré d'une gaine appelé manteau et
d'une enveloppe de protection.
La réflexion totale est assurée par des valeurs
d'indices proches telles que
n >n est l'indice du coeur et
n2 celui de la gaine (18).
1 2

Figure 1.9 : fibre optique (guide de la lumière)
d. SATELLITE
La nécessité de disposer des stations relais
rend difficile la réalisation de liaisons hertziens à très
grande distance, notamment pour les liaisons transocéaniques.
C'est pourquoi, dès les années 1960, on s'est
orienté vers l'utilisation de satellites relais (19).
Ce n'est qu'avec l'apparition de porteurs capables de
satelliser sur des orbites d'environ 36.000 Km qu'il a été
possible de réaliser des liaisons permanentes
18 SERVIN, Cl., Op.cit. P. 55
19 Idem, P. 61
15
avec des satellites fixes par rapport à un observateur
terrestre (satellite géostationnaire).
Ces satellites ont une période de révolution
identique à celle de la terre (23h56 min), ils sont dits
géosynchrones ou géostationnaires.
L'orbite équatoriale est de 42.164 Km, soit une
altitude exacte au-dessus de la terre de 35.800 Km (20).
Une station terrestre émet vers le satellite un flux
d'information (voie montante), le satellite n'est qu'un simple
répéteur, il régénère les signaux
reçus et les réémet en direction de la terre (voie
descendante), la figure 1.10 illustre le principe d'une liaison satellitaire
(21).

Figure 1.10 : Principe d'une liaison satellitaire
Pour utiliser un satellite comme point modal d'un
réseau terrestre, et non comme simple relais de
télécommunication ; il est nécessaire d'admettre plusieurs
voies montantes, celles-ci sont alors en compétions pour l'accès
au satellite (22).
Plusieurs techniques peuvent être utilisées :
- L'AMRF (accès multiple à répartition de
fréquence) : consiste à diviser la bande chacune d'elle est
réservée à une voie de communication ;
20 SERVIN, Cl., Op.cit. P.61
21 Idem
22 Ibidem
16
- L'AMRT (accès multiple à répartition de
temps) : la porteuse est commune à tous les canaux de communication,
mais chaque canal ne dispose qu'un intervalle de temps limité.
Ce mode d'accès nécessite une synchronisation entre
les stations ;
- L'AMRC (accès multiples à répartition par
code) : dans cette technique on attribue à chaque voie de communication
un code.
Les informations codées sont envoyées
simultanément, elles sont extraites du flux par décodage.
La bande des fréquences satellitaire est donnée par
le tableau 1 ci-dessous (23).
Désignation
|
Gamme de fréquences
|
Bande L
|
De 1 à 2 GHz
|
Bande S
|
De 2 à 4 GHz
|
Bande C
|
De 4 à 8 GHz
|
Bande X
|
De 8 à 12 GHz
|
Bande Ku
|
De 12 à 18 GHz
|
Bande K
|
De 18 à 26 GHz
|
Bande Ka
|
De 26 à 40 GHz
|
Bande Q
|
De 30 à 50 GHz
|
Bande U
|
De 40 à 60 GHz
|
Tableau 1 : bandes de fréquence micro-ondes ou
satellitaires
La synthèse des caractéristiques des
différents systèmes satellitaires est donnée par le
tableau 2 ci-dessous (24).
|
GEO
Géostationary Eart orbit
|
MEO Medium Eart orbit
|
LEO
Low
Eart orbit
|
Altitude
|
36.000 Km
|
2.000 à 12.000 Km
|
800 à 200 Km
|
Type d'orbite
|
Circulaire
|
Elliptique ou circulaire
|
Elliptique ou circulaire
|
Plan de rotation
|
Equatorial
|
Quelconque
|
Quelconque
|
Temps de transmission terres satellite
|
240 ms
|
110 à 150 ms
|
Environ 50 ms
|
Rémanence spatiale et temporelle (spatiale communiquer en
tout point temporelle en un point à tout moment)
|
Oui
3 satellites couvrent la terre sauf les pôles
|
Non
L'orbite défilante constellation des satellites
|
Non
L'orbite défilante constellation des satellites
|
23 KISOKI, H., Cours d'hyper fréquence, (ISIPA,
TM3, 2012) inédit, P.21
24 SERVIN, Cl., Op.cit. P.63
25 SERVIN, Cl., Op.cit. P.60
26 Idem,
17
Application
|
Téléphone fixe, télévision,
transmission des données
|
Téléphone mobile, transmission des
données
|
Téléphone mobile, transmission des
données
|
Débit
|
Jusqu'à 155 Mbits/s
|
De 9,6 à 36 Kbits/s
|
De 2,4 Kbits/s à 155 Mbits/s
|
Tableau 2 : système des caractéristiques des
différents systèmes de satellites
1.3.3. SUPPORT IMMATERIEL
Les ondes radioélectriques peuvent, dans certains cas,
remplacer avantageusement les liaisons filaires (cuivre ou optique).
Les faisceaux hertziens, par analogie aux réseaux
câbles peuvent être analogiques ou numériques.
Les débits peuvent atteindre 155 Mbits/s ils sont
principalement utilisés pour des réseaux :
- De téléphonie (multiplexage fréquentiel ou
temporel) ; - De transmission des données ;
- De diffusion d'émissions
télévisées
Pour diminuer les puissances d'émission, la technique
des faisceaux hertziens utilise des antennes très directives.
L'antenne réelle est placée au foyer optique
d'une parabole qui réfléchit les ondes en un faisceau d'ondes
parallèles très concentré, limitant ainsi la dispersion de
l'énergie radio diélectrique (25).
En réception, l'antenne est aussi placée au
foyer optique de la parabole, tous les rayons reçus parallèlement
à l'axe optique de celle-ci sont réfléchis vers le foyer
optique, on recueille ainsi le maximum d'énergie (figure 1.11)
(26).

Figure 1.11 : principe des faisceaux hertziens
18
Les distances franchissables par les systèmes de
transmission hertzienne peuvent atteindre 100 Km.
Pour couvrir des distances plus importantes, il faut disposer
des relais passif qui sont utilisés dans les zones ou le relief est
important.
Il s'agit des simples réflecteurs utilisés pour
guider l'onde, par exemple : la suivie d'une vallée.
Les relais actifs nécessitent une infrastructure plus
complexe, le signal recueilli est réuni en forme, amplifié puis
retransmis.
Les faisceaux hertziens utilisent les bandes de 2 à 15
GHz et autorisent des débits de 155 Mbits/s.
Les faisceaux hertziens sont sensibles aux perturbations
atmosphériques et aux interférences
électromagnétiques une infrastructure hertzienne repose sur
l'existence de canaux de secours qu'ils soient hertziens ou filaires.
Elles sont généralement utilisées, pour
interconnecter deux réseaux privés, sur de courtes distances, de
l'ordre de quelques certaines de mètres.
En cas d'obstacle à la place des infrarouges, on
utilise le Bluetooth (27).
1.4. CONCLUSION
Les caractéristiques intrinsèques des supports
conditionnent leur limite d'utilisations.
Cependant, le progrès important réalisé par
l'électronique numérique recule de plus en plus ces limites.
Les modes de transformation des informations à un guide
d'onde constituent une voie de recherche importante.
La présentation de ce guide d'onde (fibre optique) fera
l'objet de l'étude du chapitre suivant.
27 KISOKI, H; op.cit.
Lorsqu'une fibre optique n'est pas encore alimentée, on
parle de la fibre optique noire.
19
CHAPITRE 2 : PRESENTATION D'UNE FIBRE OPTIQUE
2.1. INTRODUCTION
La fibre optique est un guide d'onde qui exploite les
propriétés réflectrices de la lumière.
Elle est habituellement constituée d'un coeur
entouré d'une gaine (figure 2.1), le coeur de la fibre optique a une
indice de réfraction légèrement plus élevée
que la gaine confine la lumière qui se trouve entièrement
réfléchie plusieurs fois à l'interface entre deux
matériaux (en raison du phénomène réflexion totale
interne).
L'ensemble est généralement recouvert d'une gaine
plastique de protection.
2.2. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
Lorsqu'un rayon lumineux entre dans une fibre optique à
l'une de ses extrémités avec un angle adéquat, il subit de
multiples réflexions totales internes.
Ce rayon se propage alors jusqu'à l'autre
extrémité de la fibre optique sans perte, en empruntant un
parcours en zigzag.
La propagation de la lumière dans la fibre peut se
faire avec très peu de pertes même lorsque la fibre est
courbée.

Figure 2.1 : fibre optique
Un câble des fibres optiques contient
généralement plusieurs paires de fibre. Chacune d'elle conduit un
signal lumineux dans chaque sens.
20
2.3. FABRICATION
Pour la fabrication d'une fibre optique, la première
étape est la réalisation d'une « préforme » :
barreau de silice très pure, qui est composé d'un diamètre
de plusieurs centimètres.
Il existe un grand nombre de processus pour concevoir une
préforme des internes comme la méthode PCVD (Plasma Chemical
Vapor Deposition), ou externes comme la méthode VAD (Vapor Axial
Deposition).
Le paragraphe suivant décrit la méthode MCVD
(Modified Chemical Vapor Deposition, dépôt chimique en phase
vapeur modifiée) qui est la plus utilisée.
Un tube substrat est placé en rotation horizontale dans
un tour verrier, des gaz sont injectés à l'intérieur et
vont se déposer à l'intérieur sous l'effet de la chaleur
produite par un chalumeau.
Ces gaz vont modifier les propriétés du verre
(par exemple l'aluminium permet d'augmenter l'indice).
Les couches déposées sont ensuite
vitrifiées au passage du chalumeau. Ensuite le tube est chauffé
à haute température et va se refermer sur lui-même pour
former la préforme (28).
L'opération de manchonnage permet par la suite de
rajouter une couche de silice autour de la préforme pour obtenir la
ration coeur/gaine voulue pour la future fibre.
La société ALCATEL a développé une
technologie propriétaire APVD (Advanced Plasma and Vapor Deposition)
pour remplacer l'opération de manchonnage qui est très
coûteuse.
Le procédé APVD (communément
appelé recharge plasma) consiste à faire fondre des grains de
quartz naturel très pur sur la préforme primaire à l'aide
d'un chalumeau plasma inductif.
L'association du procédé MCVD et de la recharge
plasma pour la fabrication des fibres optiques monomodes qui a
été mis au point en 1994 par la société ALCALTE.
Le procédé concerné consiste
essentiellement à nourrir le plasma en grains de silice naturels ou
synthétiques avec un composé additionnel fluoré ou
chloré mélangé à un gaz porteur (29).
28 MAURY, J., Étude et
caractérisation d'une fibre optique amplificatrice et compensatrice de
dispersion chromatique (Thèse), Université de Limoges,
2003.
29 Il a révolutionné la fibre
optique, in Arts et Métiers Magazine n°317, mars
2009
21
Ce procédé de purification constitue la seule
alternative rentable connue aux techniques de dépôt externe.
Lors de la seconde étape, la préforme est
placée en haut d'une tour de fibrage d'une quinzaine de mètres de
hauteur.
L'extrémité de la préforme est alors dans
un four porté à une température voisine de 2 000
°C.
Elle est alors transformée en une fibre de plusieurs
centaines de kilomètres, à une vitesse d'un kilomètre par
minute.
La fibre est ensuite revêtue d'une double couche de
résine protectrice (cette couche peut être déposée
par la tour de fibrage, juste après l'étirement) avant
d'être enroulée sur une bobine.
Cette couche est particulièrement importante pour
éviter toute humidité, car la fibre devient cassante sous l'effet
de l'eau : l'hydrogène interagit avec la silice.
2.4. TYPES DE FIBRE OPTIQUE
Les fibres optiques sont classées en deux
catégories selon le diamètre de leur coeur et la longueur d'onde
utilisée.
Nous citons :
- Les fibres monomode ; - Les fibres multi-mode.
2.4.1. FIBRES MONOMODES (figure 2.2)
On préfère utiliser des fibres monomodes (dites SMF
: Single Mode Fiber), pour de plus longues distances ou encore pour de
plus hauts débits qui sont technologiquement plus avancées et
plus fines.
Leur coeur très fin n'admet qu'un mode de propagation, le
plus direct possible c'est-à-dire dans l'axe de la fibre.
Les pertes sont donc minimes (moins de réflexion sur
l'interface coeur/gaine) que cela soit pour de très hauts débits
et de très longues distances.
Les fibres monomodes sont de ce fait adaptées pour les
lignes intercontinentales (câbles sous-marin), une fibre monomode n'a pas
de dispersion intermodale.
22
Ces fibres monomodes sont caractérisées
seulement des quelques micromètres par un diamètre de coeur
(figure 2.2) (le coeur monomode est de 10 um pour le haut débit)
(30).

Figure 2.2 : diamètre de coeur de la fibre monomode
2.4.2. FIBRES MULTI-MODES
Les fibres multi-modes (dites MMF, pour Multi Mode Fiber), ont
été les premières sur le marché.
Elles ont pour caractéristique de transporter plusieurs
modes (trajets lumineux).
Du fait de la dispersion modale, on constate un étalement
temporel du signal proportionnel à la longueur de la fibre.
En conséquence, elles sont utilisées uniquement
pour des bas débits ou de courtes distances.
La dispersion modale peut cependant être minimisée
(à une longueur d'onde donnée) en réalisant un gradient
d'indice dans le coeur de la fibre.
Dans cette catégorie de fibre optique, nous avons :
- Les fibres optiques à saut d'indice - Les fibres
à gradient d'indice
a. FIBRE A SAUT D'INDICE
Les fibres optiques les plus simples consistent en un cylindre
d'indice de
réfraction , entouré d'une gaine d'indice (figure
2.3).
Une telle fibre s'appelle fibre à saut d'indice, elle est
souvent entourée d'un revêtement supplémentaire,
généralement en plastique, qui offre une protection
mécanique et chimique.
30 BISSIERES, Ch., Op.cit., P.6
23

Figure 2.3 : fibre optique à saut
d'indice
Comme dans le cas du guide d'ondes plan, le rayonnement
électromagnétique se propage le long de l'axe de la fibre dans
une série de modes.
Les équations qui décrivent ces modes sont
nettement plus compliquées que dans le cas du guide plan.
Nous ne les développons pas ici, mais nous nous
contentons d'adapter les concepts étudiés dans le cas du guide
d'ondes plan.
Dans le cas de ce dernier, le confinement se fait dans
une seule direction (Oy), ce qui entraîne les modes
caractérisés par un indice unique m.
Dans une fibre cylindrique à saut d'indice, le
confinement se fait dans deux directions (Ox et Oy).
Les modes sont alors caractérisés par deux
indices, l et m.
Comme dans le cas du guide d'ondes plan, on
définit la fréquence normalisée dans la fibre optique
à saut d'indice qui est donnée par la relation suivante
:
2~[a / 2 2
V n1 -- n2
(14)
Avec :
et n2: d'indice de
réfraction, où "a" est le rayon du coeur de la fibre.
La fibre ne propage qu'un seul mode si seulement V
< 2,405.
Si V » 1, le nombre de modes est
donné par la relation ci-après :
(15)
Le fait que le nombre de modes est proportionnel
à V2 plutôt qu'à V est
une conséquence dont chacun des indices l et m peut prendre un nombre de
valeurs proportionnelle à V, ce qui donne un nombre de
combinaisons proportionnelle à V2 qui est
donné par le tableau 3 ci-dessous :
24

Tableau 3 : la fréquence, condition monomode et nombre
de modes
En général, le nombre de modes dans les fibres
multi-mode est très grand. On peut alors considérer que les
directions de propagation sont distribuées de manière continue
dans le coeur de la fibre.
b. FIBRE A GRADIENT D'INDICE
Nous savons que la dispersion modale limite fortement la bande
passante d'une fibre optique.
Cette dispersion vient de la différence de temps de
propagation des différents modes, suite à la différence de
longueur des chemins parcourus.
Pour réduire cette dispersion, on fabrique des fibres
telles que l'indice du coeur diminue progressivement vers l'extérieur,
de sorte que les rayons qui s'écartent de l'axe de la fibre se propagent
dans des vitesses très grandes.
Une telle fibre s'appelle fibre A GRADIENT D'INDICE (angl.:
graded-index fiber, GRIN-fiber).
Le profil d'indice peut être décrit comme suit :
( ) v ( ) (16)
( ) v ( ) (17)
Avec :
- : coefficient caractérisant le profil d'indice
- : l'indice du coeur pour r=0,
- : l'indice de la gaine,
- : est le rayon du coeur et Ä est défini par :
25
(18)
[( ) ]
La figure 2.4 montre le profil d'indice d'une fibre à
gradient d'indice dans le cas = 2.

Figure 2.4 : profil d'indice d'une fibre à gradient
d'indice avec = 2
Pour comprendre la propagation de la lumière dans une
fibre A GRADIENT D'indice, nous considérons un modèle plus
simple.
Supposons que l'indice ne varie pas de manière continue,
mais que le coeur de la fibre est constitué d'une série de
couches cylindriques concentriques d'indice de réfraction de plus en
plus petit (Figure 2.5).

Figure 2.5 : Propagation de la lumière à travers
une fibre dont le coeur est composé de couches minces d'indice de
réfraction
Lors du passage d'une couche à la suivante, la
réfraction dévie les rayons vers l'axe de la fibre.
A un moment donné, l'angle d'incidence sur la surface
de séparation avec la couche suivante, est tel qu'il y a
réflexion totale.
Les rayons suivent donc des trajectoires telles que celles
indiquées à la figure 2.5, si la lumière entre dans la
fibre sous un angle trop grand par rapport à l'axe, la condition de
réflexion totale n'est jamais réalisée, et la
lumière n'est pas guidée par la fibre.
Si on fait tendre l'épaisseur des couches vers
zéro et qu'on augmente le nombre de couches, on obtient une fibre A
GRADIENT D'indice réelle.
26
Dans ce cas, la lumière suit donc des chemins tels que
ceux de la figure 2.6, pour autant qu'elle entre dans le cône
d'acceptante de la fibre.

Figure 2.6 : propagation de la lumière dans une fibre
à gradient d'indice
2.5. CARACTERISTIQUE
Les principaux paramètres caractérisant une
fibre optique pour la transmission sont les suivant :
2.5.1. ATTENUATION
L'atténuation caractérise l'affaiblissement du
signal au cours de
la propagation.
Soient et les puissances à l'entrée et à la
sortie d'une fibre de longueur L,
l'atténuation linéaire se traduit alors par une
décroissance exponentielle de la puissance en fonction de la longueur de
la fibre (31) :
(19)
Avec :
: Coefficient d'atténuation linéaire,
exprimé en dB/Km et relié à par dB= 4,343 .
Le principal de toutes les fibres optiques est une
atténuation extrêmement faible.
L'atténuation se varie suivant la longueur d'onde.
La diffusion Rayleigh limite ainsi les performances dans le
domaine des courtes longueurs l'onde.
Les fibres en silice connaissent un minimum d'atténuation
vers 1 550 nm. Cette longueur d'onde du proche infrarouge sera donc
privilégiée pour les communications optiques.
31 Loi de Beer-Lambert, in http//
www.wikipedia.com: les
caractéristiques de la fibre optique.
La dispersion modale de polarisation (PMD) est exprimée
en Ps/km1/2 et caractérise l'étalement du signal.
27
De nos jours, la maîtrise des procédés de
fabrication permet d'atteindre couramment une atténuation aussi faible
que 0,2 dB/km à 1 550 nm : après 100 km de propagation, il
restera donc encore 1 % de la puissance initialement injectée dans la
fibre, ce qui peut être suffisant pour une détection.
Si l'on désire transmettre l'information sur des
milliers de kilomètres, il faudrait avoir recours à une
ré-amplification périodique du signal, plus
généralement par l'intermédiaire d'amplificateurs optiques
qui allient simplicité et fiabilité. Le signal subira des pertes
supplémentaires à chaque connexion entre les fibres, soit par des
traverses ou bien par soudure, cette dernière technique réduit
très fortement ces pertes.
2.5.2. DISPERSION CHROMATIQUES
La dispersion chromatique est exprimée en Ps/nm ou km
et caractérise l'étalement du signal lié à sa
largeur spectrale (deux longueurs d'ondes différentes ne se propagent
pas exactement à la même vitesse).
Cette dispersion dépend de la longueur d'onde
considérée et résulte de la somme de deux effets : la
dispersion propre aux matériaux, et la dispersion du guide, liée
à la forme du profil d'indice.
Il est donc possible de la minimiser en adaptant le profil.
Pour une fibre en silice, le minimum de dispersion se situe vers
1 300-1 310 nm.
2.5.3. NON LINEARITE
Un canal de transmission est dit non linéaire lorsque
sa fonction de transfert dépend du signal d'entrée.
L'effet Kerr, la diffusion Raman et l'effet Brillouin sont les
principales sources de non linéarité dans les fibres optiques.
Parmi les conséquences de ces effets non-linéaires,
on peut citer : - Auto-modulation de phase
- Mélanges à quatre ondes intra- et
inter-canaux.
2.5.4. DISPERSION MODALE DE POLARISATION (PMD)
Dans de milieu à forte concentration d'ondes, il
devient donc difficile d'utiliser ce type de câbles même en les
protégeant par un blindage.
28
Ce phénomène est dû à des
défauts dans la géométrie des fibres optiques qui
entraînent une différence de vitesse de groupe entre les modes se
propageant sur différents axes de polarisation de la fibre.
2.6. APPLICATION
2.6.1. TELECOMMUNICATION
La fibre optique grâce aux performances avantageuses
qu'elle permet, est utilisée de plus en plus à l'intérieur
des réseaux de télécommunications.
L'utilisation de boum d'Internet et des échanges
numériques, se généralise petit à petit
jusqu'à arriver chez le particulier.
Vue leur importance, les opérateurs et les entreprises
ont été les premiers acquéreurs de fibres optiques.
Elles sont particulièrement appréciées
chez les militaires pour son insensibilité aux IEM (Interférences
électromagnétiques) et surtout pour sa
légèreté.
Il faut cependant distinguer les fibres multi-modes et
monomodes.
Les fibres multi-modes sont réservées aux
réseaux informatiques à courtes distances (data center,
entreprises et autres) alors que les fibres monomodes sont installées
pour des réseaux à très longues distances.
Elles sont notamment utilisées dans les câbles
sous-marins qui relient une partie des continents.
En arrivant dans les habitations via le réseau FTTH, la
fibre optique apporte une révolution dans les
télécommunications tant pour les particuliers qu'aux
opérateurs publics ou privés.
2.6.2. RESEAUX INFORMATIQUES
Historiquement, les réseaux informatiques locaux,
permettant de relier des postes informatiques qui jusque-là ne pouvaient
pas communiquer entre eux, furent construits avec des câbles
réseaux à base de fils de cuivre.
Le gros inconvénient de ces câbles est qu'il est
très sensible aux perturbations électromagnétiques en tout
genre (ascenseurs, courants forts, émetteurs, ...).
29
Mais surtout, l'inconvénient majeur est : le signal
électrique transporté s'atténue très rapidement.
Si l'on veut relier deux équipements distants ne
fût-ce que de quelques centaines de mètres (pour relier deux
bâtiments entre eux par exemple), cela devient compliqué car le
signal n'est presque plus perceptible une fois arrivé au bout du
câble.
Sauf pour les cas particuliers liés notamment à
des contraintes électromagnétiques spécifiques, les
réseaux locaux (quelques dizaines de mètres) sont
généralement réalisés sur de cuivre.
Lorsque la distance entre deux machines augmente, la
transmission devient intéressante d'utiliser une fibre optique.
Une fibre optique peut notamment relier deux bâtiments,
ou constituer un maillon d'un réseau informatique local,
régional, continental, ou intercontinental.
La fibre optique fut très vite introduite dans les
réseaux informatiques pour pallier les points faibles des câbles
de cuivre.
En effet, la lumière qui y circule n'est pas sensible
aux perturbations électromagnétiques et elle s'atténue
beaucoup moins vite que le signal électrique transporté sur le
cuivre.
2.6.3. AMPLIFICATION OPTIQUE
Les fibres dopées sont utilisées pour amplifier
un signal. On les trouve également dans les lasers à fibres.
Les fibres à double-gaine sont de plus en plus
utilisées pour le pompage optique de haute puissance.
2.6.4. CAPTEUR
Suite à des travaux de recherche dans les années
80, les fibres optiques peuvent être utilisées dans le domaine des
capteurs (32).
32 Réseaux de capteurs à fibres
optiques, Éd : techniques de l'ingénieur
30
Il y a :
- le gyromètre à fibre optique est un instrument
utilisé par les navires, les sous-marins, les avions ou les satellites
pour donner la vitesse angulaire. Il contient des fibres à maintien de
polarisation;
- un réseau de Bragg inscrit dans une fibre optique
peut donner des informations de contrainte ou de température.
2.6.5. DOMAINE DE L'ECLAIRAGE
Dès les années 1970, la fibre optique fut
utilisée dans des luminaires décoratifs à variation de
couleur.
À partir des années 1990, la fibre optique est
utilisée pour véhiculer la lumière sur un trajet de
quelques dizaines de centimètre depuis une source vers l'objet à
mettre en valeur, permettant d'obtenir l'éclairage ponctuel et discret,
pouvant être élégamment intégré à une
vitrine de présentation, et offrant l'avantage de rayonner très
peu d'infrarouge, en limitant ainsi le risque d'élévation de
température à l'intérieur de la vitrine, néfaste
aux oeuvres d'art.
2.6.6. MEDECINE
Un type d'endoscope, appelé fibroscope, utilise de la
fibre optique pour véhiculer l'image de la zone à explorer
jusqu'à l'oeil du médecin réalisant l'examen
exploratoire.
2.6.7. CABLAGE EN RESEAU DANS LA CONSTRUCTION NEUVE
Le pré-câblage en fibre optique est en France
obligatoirement pour les nouvelles constructions dont le permis de construire
est délivré depuis le 1er janvier 2010 pour les
bâtiments de plus de 25 logements.
Les copropriétés installeront les fibres de
lignes à très haut débit dans les parties communes et sur
des supports propres (avec éventuellement ceux des câbles
téléphoniques).
31
2.7. CONNECTEURS DES FIBRES OPTIQUES
Les connecteurs des fibres optiques sont les dispositifs
normalisés terminant une fibre optique et permettant de les raccorder
aux équipements terminaux comme les SWITCHS, les HBA, les
contrôleurs disques ou les librairies de sauvegarde dans un réseau
de stockage SAN ou divers équipements utilisant la fibre optique.
Le domaine des connecteurs fibre comporte de très
nombreux connecteurs différents existant sur le marché.
Mais un petit nombre d'entre eux est utilisé de
façon significative.
La plupart des connecteurs sont normalisés par la
commission électronique internationale (IEC).
Certains connecteurs comme le TOSLINK peuvent être
utilisés dans le domaine de l'audionumérique.
Les différents types des connecteurs sont repris dans le
tableau 4 ci-après (33) :
Nom
|
Norme
|
Type
|
Remarque
|
DIN LSA
|
IEC
61754-3
|
|
Obsolète
|
EC
|
IEC
61754-B
|
|
Telecom
|
FC
|
IEC
1754-13
|
|
Telecom
|
ESCOM
|
|
|
Mainfram IBM et compatible
|
ST
|
IEC
61754-2
|
Bainnette
|
Développé par AT&T
|
LX5
|
IEC
61754-23
|
|
Rarement utilisé
|
LC
|
IEC
61754-20
|
Snap
|
Lucent connector
|
MIC
|
|
|
Media interface connector (FDDI)
|
MU
|
IEC
61754-6
|
|
Utilisé au Japon
|
SC
|
IEC
61754-4
|
|
Très utilisé
|
MTRJ
|
IEC
61754-18
|
|
Media termination recommended Jack
|
SMA
905
|
|
|
Lasers industriels
|
TOSLINK
|
|
|
|
E-2000
|
IEC
61754-15
|
Snap
|
Telecom
|
Tableau 4 : différent types de connecteurs
33 KEISER, G., Optical Communications
Essentials : 2003.
32
2.8. CONCLUSION
La fibre optique représente assurément le
meilleur moyen actuel pour transporter de très hauts débits
d'informations numériques, et les besoins dans ce domaine vont
probablement augmenter très fortement dans un avenir proche.
Il est vraisemblable que la demande concernant un simple
accès d'internet, d'ici quelques années, sera identique à
ce que l'on attend aujourd'hui d'un réseau local (10 Mbits/s au
moins).
Dans ces conditions, le panorama de l'information aura
complètement changé. La téléphonie, la radio, la
télévision et les transferts des données "informatiques"
seront assurés par la même connexion, les
interpénétrations de ces divers moyens d'informations seront
beaucoup plus grands, c'est du moins un scénario tout à fait
réalisé.
33
CHAPITRE 3 : LES DIFFERENTS PRINCIPES DE TRANSMISSION
DES DONNEES PAR FIBRE OPTIQUE
3.1. INTRODUCTION
Depuis la nuit des temps, des peintures préhistoriques
aux médias actuels, l'homme a toujours ressenti le besoin de
communiquer, de transférer des données, de l'information au moyen
d'un support de transmission appropriée.
Le "vouloir toujours plus" de l'homme l'a poussé
à rechercher le moyen de transférer le maximum d'informations
entre deux points de plus en plus éloignés et de plus en plus
rapide.
A l'heure actuelle, ce besoin est rempli en utilisant la
lumière (faisceaux lasers) comme onde porteuse dans un guide
appelé : fibre optique.
Dans ce dernier chapitre, nous allons examiner les
différents principes de transmission des données par fibre
optique.
3.2. SCHEMA ET ELEMENTS D'UNE LIAISON OPTIQUE
La figure 3.1 ci-dessous nous indique le schéma
simplifié d'une liaison optique
(34).

Figure 3.1 : schéma d'une liaison optique
guidée
A partir du schéma de la figure 3.1 ci haut, nous avons
comme éléments :
a. LE CODEUR :
Il adapte l'information numérique à transmettre
(détection d'erreur, modulation numérique).
b. LE MODULE D'EMISSION :
Il transforme les signaux logiques en impulsions de courant
d'injection.
34 BISSIERES, Ch., Op.cit., P.4
34
c. L'EMETTEUR :
Il convertit les impulsions de courant en puissance lumineuse
envoyée à l'entrée de la fibre optique.
d. LA FIBRE OPTIQUE (canal de transmission) : Il guide
l'onde lumineuse.
e. LE RECEPTEUR :
Il reçoit la puissance lumineuse et la transforme en
impulsion de courant (photodiode).
f. LE MODULE DE RECEPTION :
Il transforme les impulsions de courant en signaux logiques
et élimine les distorsions dues à la propagation.
g. LE DECODEUR :
Il reconstitue l'information numérique de
(démodulation et détection d'erreur).
3.3. AVANTAGES ET DESAVANTAGES D'UNE FIBRE OPTIQUE
Les fibres optiques offrent de nombreux avantages pour la
télécommunication à savoir :
- Pertes très faibles : En fonction du
type de fibre, l'atténuation du signal peut atteindre environ 0,2 dB/km
pour une longueur d'onde de 1,55 11m, et d'environ 0,35 dB/km à 1,3 11m,
ce qui correspond à une diminution de la puissance de 50% après
15 et 8,6 km respectivement.
Cela permet de réaliser des communications optiques sur
des distances supérieures à 100 km sans amplification
intermédiaire.
En diminuant ainsi le nombre d'amplificateurs
intermédiaires, on augmente la fiabilité du système et on
réduit les coûts de maintenance ;
- Bande passante très grande :
Grâce aux fibres optiques, on peut transmettre des signaux
digitaux à 5 Tb/s sur des distances de 1500 km (1 Tb/s = 0 2
bit/seconde) ;
35
- Immunité au bruit : Les fibres
optiques sont des isolants, la transmission dans la fibre ne sera donc pas
perturbée par des signaux électromagnétiques externes car
Il ne sera pas nécessaire de prévoir un blindage
électromagnétique coûteux.
Ceci représente un avantage particulièrement
important dans l'environnement industriel où les perturbations
électromagnétiques sont fréquentes ;
- Absence de rayonnement vers l'extérieur :
La lumière est confinée à l'intérieur de
la fibre optique.
Par conséquent, il n'est pas possible de
détecter le signal entre l'émetteur et le récepteur.
Cela est particulièrement important pour garantir la
confidentialité de la communication.
De plus, par son caractère isolant, la fibre optique ne
rayonne pas d'ondes électromagnétiques et ne crée donc pas
des perturbations électromagnétiques dans son environnement ;
- Absence de diaphonie : Pour la même
raison, le problème de la diaphonie (passage du signal d'un câble
à un autre voisin) qui est bien connu dans la communication par
câble en cuivre, celle-ci n'existe pas dans les câbles des fibres
optiques ;
- Isolation électrique : Comme les
fibres optiques sont isolantes, le contact accidentel entre deux fibres ne
provoque pas de court-circuit et de dégâts à
l'électronique associée.
Par ailleurs, il n'y a aucun risque d'étincelle, comme
il en est le cas avec les câbles en cuivre pendant le mauvais contact.
Les fibres optiques peuvent donc être installées
sans risque dans les atmosphères inflammables ;
- Résistance aux températures
élevées et aux produits corrosifs : Les fibres de verre
résistent mieux aux produits corrosifs que les câbles en
cuivre.
De plus, les fibres en verre supportent des
températures proches à 800°C, ce qui les permet de
résister au feu plus longtemps que les câbles en cuivre ;
Toutefois, d'autres parties du système de communication
restent sensibles aux températures élevées (le
revêtement protecteur en plastique, les connecteurs optiques,
l'émetteur et le récepteur,) ;
36
- Poids et dimensions réduites : Le
poids très faible des fibres par rapport à un câble en
cuivre de la même capacité leur donne un avantage
économique lors de leur installation.
En plus, elles conviennent particulièrement aux
installations soumises à des contraintes de poids ou de volume
sévère, telles que les avions, les bateaux, ...
3.4. NOTION SUR LA PROPAGATION DE LA LUMIERE
Lorsque la lumière est envoyée vers un corps, de
nombreux phénomènes peuvent se reproduire suivant la nature du
corps. D'où, il y a la réfraction et la réflexion
(35).
3.4.1. REFRACTION
L'indice n d'un milieu est défini par la relation :
(20)
Avec :
- c = 3.108. m. s 1
(vitesse de la lumière dans le vide). - v = vitesse de
la lumière dans un milieu (Cfr1.3.1.C)
Quelques indices de réfraction sont donnés par le
tableau 5 ci-après :

Tableau 5 : quelques indices de réfraction
Loi de Descartes pour la réfraction (Cfr
1.3.2.c)
35
http://maths-sciences.fr:
la réflexion et réfraction de la lumière
37
Lorsqu'un rayon lumineux passe d'un milieu transparent
d'indice
à un milieu transparent d'indice , le rayon
réfracté est dévié d'un angle tel que :
(21)
Comme nous montre la figure 3.2 ci-après :

Figure 3.2 : loi de Descartes pour la réfraction
3.4.2. REFLEXION TOTALE
Supposons que le rayon incident provienne du milieu d'indice le
plus élevé (n1>n2).
Quand on augmente l'angle jusqu'à avoir = ð/2 et on
note l'angle.
Si on augmente encore , le rayon se réfléchit
complètement sur la surface de séparation des deux milieux.
C'est le phénomène de réflexion totale
(figure 3.3 ci-dessous).

Figure 3.3 : réflexion total
3.5. EMETTEUR OPTIQUE
3.5.1. DIODE ELECTROLUMINESCENTE (LED ou DEL)
Une diode électroluminescente (DEL) se symbolise comme
suit (figure 3.4) :

Figure 3.4 : DEL
38
Une diode électroluminescente ou diode émettrice
de lumière, abrégée sous les sigles DEL ou LED (de
l'anglais light-emitting diode), est un composant
optoélectronique capable d'émettre de la lumière
lorsqu'elle est parcourue par un courant électrique.
Une diode électroluminescente ne laisse passer le
courant électrique que dans un seul sens (le sens passant, comme une
diode classique ; l'inverse étant le sens bloquant) et elle produit un
rayonnement monochromatique ou polychromatique incohérent à
partir de la conversion d'énergie électrique lorsqu'elle est
traversée par le courant.
? Principaux semi-conducteurs (classement en fonction de X0 :
longueur d'onde) :
- Si ? X0 = 1127 nm : (infrarouge lointain)
- GaAs ? X0 = 885 nm : (proche infrarouge)
- GaAs0, 6 P0, 4 ? X0 = 650 nm: (rouge)
- GaAs0, 35 P0, 65 ? X0 = 620 nm :( orange)
- GaAs0, 15 P0, 85 ? X0 = 564 nm : (jaune)
- GaPN ? X0 = 540 nm : (vert)
- GaN ? X0 = 354 nm : (bleu) mise au point
récente.
? Répartition spectrale de l'énergie :
La courbe de la figure 3.5 ci-dessous représente la
répartition spectrale d'énergie pour une diode infrarouge de type
TIL32 utilisée, par exemple, dans les télécommandes.
On remarque que le spectre est large, ce qui signifie que
l'énergie est répartie sur une large plage de longueur d'onde (la
couleur n'est pas très "pure") (36)

Figure 3.5 : répartition spectrale d'énergie pour
une diode infrarouge de type TIL32
36 BISSIERES, Ch., Op.cit., P.5
39
3.5.2. DIODE LASER (Light Amplification by stimulated
emission of radiation)
Le symbole de la diode laser est donné par la figure 3.6
ci-dessous :

Figure 3.6 : diode laser
Une diode laser est un composant optoélectronique
à base des matériaux semi-conducteurs.
Elle émet de la lumière monochromatique
cohérente (une puissance optique) destinée, entre autre,
transporter un signal contenant des informations (dans le cas d'un
système des télécommunications) ou apporter de
l'énergie lumineuse pour le pompage de certains lasers (lasers à
fibre, laser DPSS) et amplificateurs optiques (OFA, Optical Fiber
Amplifier).
La diode laser est un composant essentiel des lecteurs et
graveurs de disques optiques.
Dans ce cas, elle émet le faisceau lumineux dont la
réflexion sur le disque est détectée par une photodiode ou
encore par un phototransistor.
Les lasers sont étiquetés en 5 classes selon le
niveau de risque qu'ils représentent (37) :
- Classe 1 : sans danger
- Classe 2 (1mW) : émet uniquement
dans le visible, sa puissance est suffisamment faible pour que le
réflexe palpébral protège l'oeil (fermeture des
paupières).
Exemple : pointeur laser.
- Classe 3A : lasers à rayonnement
visible de puissance n'excédant pas 5 fois à la puissance d'un
laser de classe 2 (5mW), de sorte que l'oeil soit encore protégé
par le réflexe palpébral.
Exemple : mini-laser de spectacle ou lasers à
rayonnement non visible de puissance.
- Classe 3B (15 mW) : lasers dangereux pour
la vue en rayonnement direct, mais non pour la peau et rayonnement indirect.
Exemple : laser de spectacle.
37 KINCADE, K., Laser Marketplace 2005: Consumer
applications boost laser sales 10% », in Laser Focus
World, vol. 41, no 1, 2005
40
- Classe 4 : laser dangereux pour l'oeil et pour
la peau.
La courbe figure 3.7 ci-dessous représente la
répartition spectrale d'énergie pour une diode laser de type 670
nm (rouge) et 3mW utilisée, par exemple, pour des "visées laser"
(38).
On remarque que l'énergie d'émission est
concentrée sur une plus faible plage de longueur d'onde que pour une
DEL, dont la couleur est assez "pure".

Figure 3.7 : répartition spectrale d'énergie pour
une diode laser de type 670 nm
3.6. RECEPTEUR OPTIQUE
3.6.1. PHOTORESISTANCE
Son symbole se présente de la manière suivante
(figure 3.8) :

Figure 3.8 : photorésistance
La photorésistance est une résistance variable
en fonction de l'éclairement qu'elle reçoit.
Son principe est basé sur l'effet
photoélectrique dans un semi-conducteur de type N (39).
Exemple : photorésistance VT 935 G :
- Pointe des réponses spectrales : 550 nm
(vert - jaune) - Résistance pour E = 10 lux : 10 KO
38 BISSIERES, Ch., Op.cit., P.5
39 MAYE, P., Optoélectronique
industrielle : conception et applications. Electronique, Paris, Dunod,
2001.
41
- Résistance d'obscurité : 1
Mû - Temps des réponses : 20 ms.
Caractéristiques générales :
- Bonne sensibilité
- Inertie élevée (temps des
réponses importants) - Bruit de fond important.
La photorésistance est en général
utilisée pour le contrôle automatique de luminosité
(éclairage, appareils photo et caméra).
Elle est très peu utilisée dans les liaisons
optiques à cause de son temps des
réponses élevées.
3.6.2. PHOTODIODE
Une photodiode a comme symbole (figure 3.9) ci-dessous :

Figure 3.9 : photodiode
Ce sont des diodes à jonction PN avec la région P
fortement dopée.
Elles sont branchées en inverse (sens bloqué) et
le courant négligeable dans l'obscurité deviendra important sous
l'éclairement de la jonction.
Une photodiode est un composant électronique ayant la
capacité de détecter un rayonnement du domaine optique et elle le
transforme en signal électrique.
Exemple : photodiode Centronics AEPX 65 (grande vitesse) :
- Plage de longueur d'onde : 400 - 1000 nm
(visible + infrarouge). - Pointe des réponses
spectrales : 800 nm (rouge).
- Sensibilité (U = 5V et X = 820 nm) :
0,35 A / W.
- Temps de monté de courant photo : 1
ns.
Caractéristiques générales :
- Bonne sensibilité.
- Temps des réponses très
faibles.
42
La photodiode est généralement utilisée
dans les systèmes d'alarme, les codeurs optiques, la détection de
fluctuation de lumière et la détection d'impulsions lumineuses
rapides (fibres optiques).
3.6.3 PHOTOTRANSISTOR Voici son symbole
(figure 3.10) :

Figure 3.10 : Phototransistor
Elle a le même caractéristique que la photodiode,
sa sensibilité est très élevée, son courant de
sortie est supérieur d'une centaine de fois à celui d'une
photodiode, mais sa rapidité est moindre.
Le phototransistor joue le rôle de capteur, il laisse
passer un courant d'intensité proportionnelle à
l'intensité lumineuse reçue et il module le signal
électrique dans le circuit en fonction de l'onde reçue.
Un phototransistor est un transistor bipolaire dont la base
est sensible au rayonnement lumineux ; sa base est alors dite flottante
puisqu'elle est dépourvue de connexion.
Lorsque la base n'est pas éclairée, le
transistor est parcouru par le courant de fuite ICE0.
L'éclairement de la base conduit à un
photo-courant Iph qu'on nomme courant de commande du
transistor.
Celui-ci apparaît dans la jonction collecteur-base sous
la forme suivant :
(22)
Le courant d'éclairement du phototransistor est donc le
photo-courant de la photodiode collecteur-base multiplié par
l'amplification â du transistor.
Sa réaction photosensible est donc nettement plus
élevée que celle d'une photodiode (de 100 à 400 fois
plus).
Par contre le courant d'obscurité est plus important.
43
3.7. CONCLUSION
La conduite à bon port de la fibre optique constitue le
socle de moyen de transférer rapidement le maximum d'informations entre
deux points éloignés et elle renforce l'intégration sous
régionale.
44
CONCLUSION GENERALE
Nous voici arrivé au terme de notre travail
intitulé : "Etude sur les différents principes de transmission
des données par fibre optique".
Ce support de transmission présente certainement un
meilleur moyen actuel pour le transport et échanges d'informations
à de très haute débit.
Pour se faire, le dit travail a été
subdivisé en trois chapitres.
Au premier chapitre, nous avons évoqué l'aspect
général sur la transmission des données en insistant sur
les éléments d'une transmission et les différents canaux
utilisés dans la télécommunication.
Au deuxième chapitre, nous avons fait la
présentation d'une fibre optique qui fait l'objet important dans ce
travail.
C'est ainsi, nous avons expliqué sa fabrication, ses
différents types d'utilisations et aussi ses quelques applications.
Au dernier chapitre, nous avons évoqué les
différents principes de transmission des données par fibre
optique en représentant les éléments essentiels d'une
liaison optique.
Retenons que le déploiement à la fibre optique,
nous sera très utile pour l'accès internet, la
téléphonie, la radio, la télévision et les
transferts des données à des très grandes distances et
aussi à des débits importants (grande capacité des
données).
Nous vous recommandons à connaitre les
différentes classes de la fibre optique afin de la manipulée en
tenant compte de niveau de leur risque pour ne pas préjudicier votre
vie.
Ce travail étant une oeuvre humaine, il est plein
d'irrégularité. Sur ce, vos remarques et suggestions
constructives seront les bienvenues en vue de son amélioration.
45
BIBLIOGRAPHIE
I. OUVRAGES
1. Il a révolutionné la fibre optique, in Arts
et Métiers, Magazine n°317, mars 2009.
2. KEISER, G., Optical communications essentials,
2003.
3. LECOY, P., Télécom sur Fibres Optiques,
Hermès-Lavoisier, Paris, 2007 (ISBN 978-27462-1844-4).
4. MALVINO, A.P. et BATES, D.J., Electronic principles,
McGraw-Hill Science, 2006 (ISBN 0073222771 et 0071108467), p. 563-577.
5. MAYE, P., Optoélectronique industrielle, conception
et applications. Electronique, Paris, Dunod, 2001.
6. Réseaux de capteurs à fibres optiques,
Techniques de L'ingénieur.
II. COURS, TRAVAUX ET ARTICLES
1. BISSIERES, Ch., Transmission du signal (physique
appliquée), (Cours).
2. COLLADON, J.D., Les réflexions d'un rayon de
lumière à l'intérieur d'une veine liquide
parabolique, in Comptes Rendus 15, 800 (1842), in La fontaine laser
(laboratoire de physique des lasers) (archives).
3. KINCADE, K., Laser Marketplace 2005 : Consumer applications
boost laser sales 10% », in Laser Focus World, vol. 41,
no 1, 2005.
4. KISOKI, H., Cours d'Hyper fréquence, (ISIPA, TM3,
2012), Inédit.
5. Loi de Beer Lambert, in http//
www.wikipedia.com : recherche sur
les caractéristiques de la fibre optique.
6. Loi de Descartes, in
http://maths-sciences.fr: la
réflexion et réfraction de la lumière.
7. MAURY, J., Étude et caractérisation d'une
fibre optique amplificatrice et compensatrice de dispersion chromatique,
(Thèse), Université de Limoges, 2003.
8. SERVIN, Cl., Cours RÉSEAUX ET TÉLÉCOMS :
Exercices corrigés, Paris.
III. SITE WEB
-
http://maths-sciences.fr: la
réflexion et réfraction de la lumière
- http/
www.wikipedia.com : Livre blanc
sur les autoroutes de l'information 1994 ;
- http/
www.wikipedia.com : 5.5 millions
de nouveaux abonnés à la fibre optique [archive], blog Pixmania
;
- Http/
www.Wikipedia.com : recherche sur
la fréquence - Http/
www.Wikipedia.com : recherche sur
la période
46
TABLE DE MATIERES
EPIGRAPHE I
DEDICACE II
REMERCIMENTS III
INTRODUCTION GENERALE 1
CHAPITRE 1 : GENERALITES SUR LA TRANSMISSION DES
DONNEE 5
1.1. Introduction 5
1.2. Etude sur la propagation du signal 5
1.2.1. Organisation d'une chaine de transmission 5
1.2.2. Grandeur liée a la propagation 6
1.2.3. Milieu de transmission 8
1.3. Support de transmission 8
1.3.1. Caractéristique du support de transmission 8
1.3.2. Supports matériels 11
1.3.3. Supports immatériels 17
1.4. Conclusion 18
CHAPITRE 2 : PRESENTATION D'UNE FIBRE OPTIQUE
19
2.1. Introduction 19
2.2. Principe de fonctionnement 19
2.3. Fabrication 20
2.4. Types de fibre optique 21
2.4.1. Fibres monomodes 21
2.4.2. Fibres multi-modes 22
2.5. Caractéristique 26
2.5.1. Atténuation 26
2.5.2. Dispersion chromatiques 27
2.5.3. Non linéarité 27
2.5.4. Dispersion Modale de polarisation (PMD) 27
2.6. Application 28
2.6.1. Télécommunication 28
2.6.2. Réseaux informatiques 28
2.6.3. Amplification optique 29
2.6.4. Capteur 29
2.6.5. Domaine de l'éclairage 30
2.6.6. Médecine 30
2.6.7. Câblage en réseau dans la construction
neuve 30
2.7. Connecteur optique 31
2.8. Conclusion 32
47
CHAPITRE 3 : les différents principes de
transmission des données par fibre optique 33
3.1. Introduction 33
3.2. Schéma et éléments d'une liaison
optique 33
3.3. Avantage et désavantage d'une fibre optique 34
3.4. Notion sur la propagation de la lumière 36
3.4.1. Réfraction 36
3.4.2. Réflexion totale 37
3.5. Emetteur optique 37
3.5.1. Diode électroluminescente 37
3.5.2. Diode laser 39
3.6. Récepteur optique 40
3.6.1. Photorésistance 40
3.6.2. Photodiode 41
3.6.3. Phototransistor 42
3.7. Conclusion 43
CONCLUSION GENERALE 44
BIBLIOGRAPHIE 45
TABLE DE MATIERES 46
|