A machine de revêtement secondaire fonctionne en alimentant en continu des fibres optiques à revêtement primaire à travers une filière d'extrusion de précision, où le matériau thermoplastique fondu est transformé en un tube tampon de protection autour des fibres. Le processus intègre le contrôle de la tension des fibres, l'extrusion double couche, l'injection de gel thixotrope, le refroidissement par bain-marie et la surveillance dimensionnelle en temps réel dans une seule ligne de production synchronisée. Le résultat final est un tampon à tube libre dimensionnellement stable, l'élément structurel central de la plupart des câbles à fibres optiques utilisés dans les réseaux de télécommunications du monde entier.
En termes pratiques, la machine récupère les fibres nues des bobines à une extrémité et délivre à l'autre des tubes tampons en bobine, remplis de gel et dimensionnés avec précision, le tout à des vitesses de ligne pouvant atteindre 300 mètres par minute sur des systèmes de production performants. Chaque paramètre, de la température de fusion à la tension des fibres, est surveillé et ajusté en boucle fermée pour garantir que chaque mètre de tube répond aux mêmes spécifications strictes.
Avant d’examiner chaque sous-système en détail, il est utile de comprendre la machine comme un processus continu et linéaire. La matière et la fibre entrent par l’amont et se transforment progressivement au fur et à mesure de leur déplacement vers l’aval. La séquence des opérations suit ce flux logique :
Chacune de ces étapes est interdépendante. Un changement de vitesse de ligne au niveau du cabestan, par exemple, affecte simultanément l'épaisseur de la paroi du tube, l'EFL des fibres, le taux de remplissage du gel et l'efficacité du refroidissement. C'est pourquoi les machines modernes s'appuient sur des systèmes de contrôle en boucle fermée basés sur PLC plutôt que sur des paramètres ajustés manuellement.
La précision de fonctionnement d'une machine de revêtement secondaire commence par sa structure physique. Le châssis de la machine est construit à l’aide de soudage de plaques d’acier A3 à haute tension combiné à un traitement de l’acier de type structurel. L'acier A3 (comparable à la nuance Q235) offre une résistance à la traction d'environ 370 à 500 MPa, une excellente soudabilité et de faibles contraintes résiduelles après usinage — autant de propriétés essentielles pour un cadre qui doit rester dimensionnellement stable sous des charges thermiques et mécaniques continues.
Le cadre doit supporter et aligner tous les principaux sous-systèmes (extrudeuses, auges de refroidissement, cabestan et récepteur) à une fraction de millimètre près. Toute flexion ou vibration dans le cadre se traduit directement par une variation du diamètre du tube ou un écart de position des fibres à l'intérieur du tube. Pour cette raison, la structure en acier soudée est généralement déstressée après la fabrication et usinée avec précision sur toutes les surfaces de montage critiques avant l'assemblage.
Une ligne de revêtement secondaire de qualité production s'étend généralement 15 à 30 mètres de longueur totale , et le cadre doit maintenir son alignement sur toute cette étendue, même lorsque les cylindres de l'extrudeuse chauffent à 250-280°C et que les auges de refroidissement fonctionnent entre 15 et 40°C dans les zones adjacentes. Des joints de dilatation thermique et des entretoises rigides sont intégrés à la conception du cadre pour répondre à ces exigences sans compromettre la précision de positionnement.
Le processus commence au poste de dévidage de la fibre, où les bobines de fibre optique à revêtement primaire sont montées sur des berceaux de dévidage motorisés. Chaque bobine peut transporter 20 à 25 km de fibre , et plusieurs bobines sont chargées simultanément pour la production de tubes multifibres – généralement 2, 4, 6, 8, 12 ou 24 fibres par tube.
La tension des fibres est l’un des paramètres les plus critiques du revêtement secondaire. Si la tension est trop élevée, les fibres peuvent être précontraintes à l'intérieur du tube fini, provoquant une atténuation optique élevée. Si la tension est trop faible, les fibres peuvent s'emmêler ou former des boucles inégales, entraînant des défauts de géométrie du tube. La tension de fonctionnement est généralement comprise entre 30 et 80 grammes par fibre , maintenu par un système de rétroaction du bras danseur ou un gain servomoteur avec mesure de tension en temps réel.
Les fibres sont acheminées à travers une série de guides en céramique ou en acier inoxydable qui les font progressivement converger vers l'espacement et la disposition précis requis à l'entrée de la filière d'extrusion. Ces guides sont polis jusqu'à une rugosité de surface inférieure au micron pour éviter toute rayure du délicat revêtement primaire des fibres.
Le système d'extrusion est le cœur de la machine de revêtement secondaire. La plupart des lignes de production utilisent une configuration à double extrudeuse pour appliquer le matériau du tube tampon en deux couches distinctes. Dans la configuration standard, l'extrudeuse de revêtement de face est positionnée à l'avant de la machine et l'extrudeuse de revêtement de fond est positionnée à l'arrière. Cet agencement permet à chaque couche d'être contrôlée indépendamment en termes de type de matériau, de température de fusion et de débit.
L'extrudeuse de revêtement de face délivre le matériau qui forme la surface interne du tube tampon – la surface en contact direct avec les fibres optiques et le gel de remplissage. Cette couche doit être chimiquement compatible avec le composé gel et doit présenter un très faible retrait au refroidissement pour éviter d'induire des contraintes mécaniques sur les fibres. Le PBT (polytéréphtalate de butylène) est le choix de matériau prédominant, offrant un retrait linéaire au moulage de moins de 0,5 % et une plage de températures de service de -40°C à 85°C.
L'extrudeuse de revêtement de visage utilise généralement un Monovis de diamètre 30 mm ou 45 mm avec un taux de compression de 2,5:1 à 3,5:1, fonctionnant à des températures de fût comprises entre 200°C et 270°C. La température de la zone de dosage est la plus étroitement contrôlée, car la viscosité de la matière fondue dans la filière doit rester dans une fenêtre étroite pour obtenir une épaisseur de paroi constante.
L'extrudeuse de revêtement inférieur applique la couche de paroi externe du tube tampon, qui détermine le diamètre externe et les propriétés mécaniques du tube. Cette couche fournit la résistance structurelle nécessaire au toronnage du câble : le tube doit résister à la pression latérale de l'équipement de toronnage sans distorsion et doit conserver sa section circulaire après le toronnage autour d'un élément de renforcement central.
L'épaisseur de la couche inférieure est généralement comprise entre 0,3 mm et 0,9 mm , en fonction des exigences de conception du câble. Dans certaines configurations, le matériau de la couche inférieure peut être un composé PBT modifié auquel ont été ajoutés des stabilisants UV, des colorants ou des modificateurs d'impact, ce qui permet une identification des tubes par code couleur dans les constructions de câbles multitubes sans nécessiter une passe de coloration séparée.
Les deux flux de matière fondue provenant des extrudeuses de couche de face et de couche inférieure convergent vers une tête de filière de coextrusion, où ils sont formés de manière concentrique autour du faisceau de fibres. La tête de filière se compose d'une pointe de guidage de fibre, d'un corps de filière avec deux entrées de matière fondue et d'un orifice de filière qui façonne le diamètre extérieur du tube fini. Le diamètre de l'orifice de la filière et la longueur des plages déterminent le diamètre extérieur du tube et la chute de pression qui entraînent un écoulement de matière fondu constant.
La concentricité de la filière — l'alignement du centre de la pointe de la filière avec le centre de l'orifice de la filière — doit être maintenue à ± 0,02 mm près. pour éviter l'excentricité du mur. La plupart des têtes de filière modernes comprennent des vis de réglage fin ou des mécanismes de centrage thermique qui permettent aux opérateurs de corriger la concentricité pendant la production sans arrêter la ligne.
Une fonction essentielle du processus de revêtement secondaire consiste à remplir l'intérieur du tube tampon avec un composé thixotrope bloquant l'eau, communément appelé gel de remplissage ou composé d'inondation. Ce gel empêche l'eau qui pénètre dans un point de rupture de câble de circuler longitudinalement à travers le tube et d'atteindre les emplacements sensibles des épissures ou des connecteurs.
Le système de remplissage de gel se compose d'un réservoir de stockage chauffé, d'une pompe doseuse de précision (généralement une pompe à engrenages ou une pompe à cavité progressive) et d'une fine aiguille d'injection en acier inoxydable qui traverse la pointe de la filière et dépose le gel directement à l'intérieur du tube de formage. Le débit d'injection du gel doit être précisément synchronisé avec la vitesse de la ligne — généralement exprimé sous forme de rapport volume par mètre — pour garantir un remplissage complet sans excès de gel qui créerait une contre-pression et déformerait la disposition des fibres.
Le gel de remplissage est maintenu à une température élevée (généralement entre 60 et 80 °C) dans le réservoir de stockage afin de réduire la viscosité nécessaire au pompage, mais il se gélifie jusqu'à un état thixotrope semi-solide après refroidissement dans le tube fini. Cette combinaison de fluidité pendant le remplissage et de stabilité en service est ce qui fait du gel thixotrope le choix standard pour les conceptions de câbles à tube libre fonctionnant sur toute la plage environnementale de -40°C à 70°C requise par la plupart des normes de télécommunications.
Immédiatement après la filière d'extrusion, le tube fraîchement formé entre dans le système de refroidissement. Le refroidissement doit être soigneusement contrôlé : une trempe trop rapide provoque des contraintes de surface et des fissures potentielles ; un refroidissement trop lent permet au tube de s'affaisser ou de se déformer avant de se solidifier complètement, en particulier à des vitesses de ligne élevées.
Le système de refroidissement d’une ligne de revêtement secondaire typique se compose de plusieurs bacs à eau disposés en série. La première auge (la plus proche de la filière) utilise de l'eau chaude à 40–60°C pour initier un refroidissement progressif sans choc thermique. Les auges suivantes réduisent progressivement la température de l'eau — les auges finales fonctionnent généralement à 15–25°C — amener le tube à un état stable et entièrement solidifié avant qu'il n'atteigne le cabestan.
La longueur totale de la cuvette de refroidissement varie de 6 à 15 mètres en fonction de la vitesse de la ligne et de l'épaisseur de la paroi du tube. Pour une ligne de 300 m/min produisant un tube de 2,0 mm de diamètre extérieur, le tube ne passe qu'environ 1,5 à 3 secondes dans le système de refroidissement, ce qui signifie que le gradient de température de l'eau à travers les auges doit être réglé avec précision pour obtenir une solidification adéquate dans cette courte fenêtre.
Chaque zone d'auge est contrôlée indépendamment en température via un système de circulation d'eau avec un échangeur de chaleur. Les opérateurs peuvent visualiser et ajuster chaque point de consigne de zone à partir de l'IHM centrale, et certains systèmes avancés incluent une compensation automatique de zone qui ajuste le débit d'eau de refroidissement en réponse aux changements de vitesse de ligne.
Après les auges de refroidissement, le tube passe dans une ou plusieurs jauges micrométriques laser sans contact qui mesurent son diamètre extérieur en continu et en temps réel. Ces jauges utilisent la technologie de triangulation laser ou de balayage d'ombre et peuvent résoudre des différences de diamètre aussi petites que ±0,001 mm à pleine vitesse de ligne.
Les données de mesure OD sont réinjectées dans le système de contrôle PLC, qui ajuste automatiquement une ou plusieurs variables de processus pour corriger toute dérive par rapport au diamètre cible :
Cette boucle de rétroaction en boucle fermée fonctionne généralement avec un temps de réponse inférieur à une seconde, permettant au système de compenser les variations de viscosité des matières premières, les changements de température ambiante ou les fluctuations mécaniques mineures sans intervention de l'opérateur. Les systèmes modernes maintiennent le diamètre extérieur du tube à ± 0,03 mm de la cible sur l'ensemble d'un cycle de production de 25 km ou plus.
En plus de la mesure de la DE, certaines lignes avancées intègrent la mesure de l'excentricité (uniformité de l'épaisseur de paroi) à l'aide de jauges rotatives ou de systèmes à rayons X, ainsi que la détection de la position des fibres à l'aide de capteurs optiques en ligne qui vérifient que les fibres sont centrées dans le tube plutôt que déplacées d'un côté.
Le cabestan est l'élément régulateur de vitesse de toute la ligne. Il se compose d'une ou plusieurs roues ou courroies motorisées qui saisissent le tube refroidi et le tirent à travers la machine à une vitesse constante et contrôlée avec précision. Étant donné que la vitesse du cabestan détermine la vitesse à laquelle le matériau est extrait de la filière d'extrusion, elle contrôle directement à la fois le diamètre extérieur du tube (via le taux d'étirage) et la longueur excessive des fibres à l'intérieur du tube.
La longueur excessive de fibre (EFL) est définie comme le pourcentage par lequel la longueur de fibre à l'intérieur d'une longueur de tube donnée dépasse la longueur du tube elle-même. Par exemple, un EFL de 0,3 % signifie que pour 1 000 mètres de tube, la fibre à l’intérieur mesure 1 003 mètres de long. Ce petit surplus de fibre est essentiel : il permet au câble de supporter des charges de traction sans que les fibres elles-mêmes subissent des contraintes, ce qui augmenterait l'atténuation optique.
L'EFL est défini par le rapport entre la vitesse de gain de la fibre et la vitesse du cabestan :
Les valeurs EFL pour les câbles à tube libre standard se situent généralement entre 0,2% et 0,5% , avec des tolérances plus strictes requises pour les câbles destinés aux applications enfouies directement ou sous-marines où les cycles thermiques et les charges mécaniques sont plus sévères.
Tous les sous-systèmes décrits ci-dessus (tension de gain, température et vitesse de l'extrudeuse, débit de la pompe à gel, température de l'eau de refroidissement, retour de la jauge OD et vitesse du cabestan) sont coordonnés par un système de contrôleur logique programmable (PLC) central. L'opérateur interagit avec ce système via une IHM (interface homme-machine) à écran tactile qui affiche les données de processus en temps réel, les conditions d'alarme et les graphiques de tendance.
Les principales fonctions de contrôle PLC comprennent :
Les systèmes avancés peuvent également s'intégrer aux MES (Manufacturing Execution Systems) au niveau de l'usine pour signaler les volumes de production, la consommation de matériaux et les données de qualité en temps réel au logiciel de gestion de l'usine.
Comprendre comment les paramètres clés du processus interagissent est essentiel pour les opérateurs qui doivent résoudre des problèmes de qualité ou optimiser l'efficacité de la production. Le tableau ci-dessous résume les relations paramètre-sortie les plus importantes :
| Paramètre de processus | Si trop élevé | Si trop bas | Portée cible (typique) |
|---|---|---|---|
| Température du corps de l'extrudeuse | Dégradation des polymères, décoloration | Pression de fusion élevée, rugosité de surface | 200-280°C (PBT) |
| Vitesse de la ligne de cabestan | Paroi mince, diamètre extérieur réduit, faible EFL | Paroi épaisse, OD élevé, excès d'EFL | 40 à 300 m/min |
| Tension de gain des fibres | Précontrainte des fibres, augmentation de l'atténuation | Enchevêtrement des fibres, déformation du tube | 30 à 80 g par fibre |
| Taux d'injection du gel | Contre-pression, déplacement des fibres | Remplissage incomplet, risque de pénétration d'humidité | Synchronisé avec la vitesse de ligne (ml/m) |
| Température de l'eau de refroidissement | Solidification incomplète, affaissement du tube | Choc thermique, fissuration superficielle | 15–60°C (zones graduées) |
| Vitesse de rotation de la vis | Surchauffe, dégradation de la fonte | Débit insuffisant, baisse de la DO | 10 à 120 tr/min |
Les opérateurs qui comprennent parfaitement ces interactions peuvent résoudre la plupart des écarts de qualité en ajustant un seul paramètre plutôt qu’en effectuant plusieurs modifications simultanément – ce qui constitue le chemin le plus rapide pour restaurer une production stable et conforme aux spécifications.
La dernière étape du processus de revêtement secondaire consiste à enrouler le tube tampon fini sur des bobines réceptrices pour le stockage et le traitement en aval. Le système d'enroulement doit appliquer une tension contrôlée et constante au tube pendant l'enroulement pour éviter la déformation ou la contrainte des fibres due à une pression inégale de la bobine.
Le mécanisme transversal de la bobine réceptrice pose le tube en couches uniformes et superposées sur toute la largeur de la bride de la bobine, empêchant ainsi tout point de pression localisé qui pourrait inciser la paroi du tube et modifier la géométrie des fibres à l'intérieur. La capacité des bobines varie généralement de 2 km à 25 km de tube fini en fonction du diamètre du tube et de la taille de la bobine.
Lorsqu'une bobine est pleine, la machine effectue un changement de bobine, soit manuellement, soit automatiquement. Au cours de ce bref changement, une longueur de tube qui ne peut être enroulée ni sur la bobine complète ni sur la nouvelle bobine est généralement coupée et jetée comme pièce de transition de production. La minimisation de la longueur de transition de changement est une mesure d'efficacité importante pour les fabricants de câbles à grand volume, car elle affecte directement le rendement des matériaux par bobine.
Chaque bobine terminée est étiquetée avec les données de production (spécifications du tube, longueur de la bobine, date de production et journal de mesure du diamètre extérieur) et transférée vers la zone de toronnage, où plusieurs tubes tampons seront assemblés autour d'un élément de renforcement central pour former le câble à fibre optique complet.
La séquence de travail d'un machine de revêtement secondaire ne se limite pas à la production en régime permanent : les phases de démarrage et d’arrêt sont tout aussi importantes et nécessitent une attention systématique pour éviter la production de rebuts et les dommages aux équipements.
Même les lignes de revêtement secondaire bien entretenues sont confrontées à des défis opérationnels récurrents. Comprendre les causes profondes des problèmes les plus courants permet aux équipes de production de les résoudre efficacement.
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