Câble sous-marin

Un câble sous-marin est un câble posé sur le fond marin, destiné à acheminer des télécommunications ou à transporter de l'énergie électrique.

La plupart des télécommunications mondiales transitent par des câbles sous-marins, qui sont environ au nombre de 250. Le câble évite la perte de temps induite par l'aller-retour avec un satellite. En 2013, environ 99 % du trafic intercontinental, données et téléphone, sont transmis sous les océans^[1].

Ces câbles sont un enjeu stratégique et géopolitique. Les États-Unis et le Royaume-Uni sont en position de lire au moins un quart des échanges transatlantiques, et peuvent s'opposer à l'installation de câbles qu'ils n'ont pas la possibilité de contrôler dans l'Atlantique comme dans le Pacifique^[1].

Les câbles sous-marins sont mis en place et maintenus par des navires câbliers, après reconnaissance bathymétrique pour repérer le trajet idéal (le plus court, mais sans risque pour le câble). Par faibles profondeurs, et lorsque la nature du fond le permet, les câbles sont généralement ensouillés à l'aide d'un outil marin de type charrue à soc creux afin de minimiser les risques de crochages par le train de pêche des chalutiers. Les câbles ont en général un diamètre de 69 mm et pèsent environ 10 kg/m, même si des câbles plus légers et plus fins sont utilisés pour les sections en eaux profondes.

Arrivée (atterrissement) à New York (Rockoway Beach) du premier câble sous-marin reliant l'Italie (Rome) à l'Amérique du Nord. Ce câble passait par les Açores et Malaga en Espagne (photo de 1925).

Transport d'énergie

Les câbles sous-marins électriques relient souvent les îles au continent, ou interconnectent des réseaux distincts.

Ils sont aussi utilisés pour acheminer l'électricité produite dans les parcs éoliens en mer (« parcs offshore »), ainsi que l'alimentation électrique des plates-formes pétrolières. Ces câbles permettent de transporter l'énergie (courant alternatif ou continu) sous des tensions comprises entre 30 kV et plus de 400 kV ; ils comportent généralement une ou plusieurs fibres optiques permettant la transmission simultanée d'informations d'exploitation (parcs éoliens) ou de télécommunications.

Les câbles récents permettent de transporter une grande quantité d'énergie. Par exemple, la ligne sous-marine de 138 kV qui relie Norwalk (Connecticut) à Northport (en) (île de Long Island, État de New York) depuis février 2008^[2], transporte 150 MW (projet de 140 millions $). Fonctionnel depuis le 29 juillet 2008^[3], ces trois câbles tripolaires alternatif, à isolant XLPE polyéthylène, de 19 km et intégrant 24 fibres optiques chacun, ont un diamètre externe de 235 mm et pèsent plus de 100 kg/m^[4].

En 2012, 57 kilomètres de câbles sous-marins 245 kV relient Belwind Phase 2 à Northwind puis à la côte à Zeebrugge en Belgique^[5].

Télécommunications

Les câbles de télécommunications sous-marins installés entre 1850 et 1956 ont servi au réseau mondial de télégraphie par cablogrammes, ils utilisaient d'abord une technologie de câbles binaires en cuivre pur isolés à la Gutta-percha, puis coaxiale à partir de 1933 grâce à la découverte du polyéthylène. Les câbles sous-marins téléphoniques coaxiaux apparaissent en 1956 avec TAT-1 (en), grâce à la mise au point en 1955 des amplificateurs répéteurs régénérant périodiquement le signal et grâce à la mise au point de câbles coaxiaux à porteur central permettant un signal modulé en fréquence. Les câbles sous-marins numériques sont apparus en 1988 avec la pose du câble transatlantique TAT-8 (en), contenant deux paires de fibres optiques. Aujourd'hui la technologie numérique transporte indifféremment sur tous les continents l'interconnexion du réseau Internet, le réseau téléphonique et les réseaux professionnels de télévision numérique.

Historique

XIX^e siècle

Le remorqueur Goliath pendant la pose du câble France-Angleterre

• 1838, premiers essais de câbles sous-marins isolés au caoutchouc.
• 1843, à Singapour, découverte de la gutta-percha, isolant naturel, par le docteur William Montgomerie.
• 1845, l'allemand Werner von Siemens invente l'extrusion et le collage de la gutta-percha sur un fil de cuivre.
• 1849, le 10 janvier, C.V. Walter immerge 2 miles de câble isolé à la gutta-percha dans le port de Folkestone.
• 1850, le 28 août, les frères Brett, à bord du remorqueur Goliath, posent le premier câble sous-marin entre le cap Gris-Nez, en France, et le cap Southerland, en Angleterre. Il ne fonctionnera que 11 minutes.
• 1851, sur la même concession, un câble à quatre conducteurs renforcé à 8 tonnes, posé par le remorqueur Blazzer fonctionnera pendant plus de quarante ans. Il sera retenu par l'histoire comme le premier câble commercial sous-marin télégraphique.
• 1852, 1^er décembre, les équipements intermédiaires de Douvres et Calais sont supprimés pour établir une liaison directe entre les deux capitales. Les messages sont transmis en moins d'une heure entre les bourses de Paris et Londres au lieu de trois jours auparavant.
• 1853-1860, l'Angleterre est reliée à l'Irlande, à la Belgique et aux Pays-Bas.
• 1853, 10 juin, Napoléon III accorde une seconde concession aux frères Brett. Ils relient la Corse et l'Algérie à la France.

Carte du câble télégraphique transatlantique de 1858

• 1858, 5 août, à l'initiative de Cyrus Field, Charles Bright et John Brett, le premier câble transatlantique est posé entre Valentia (Irlande) et Trinity Bay (Terre-Neuve), par les deux navires Niagara et Agamemnon. Au total, 4 200 km de câble, d’un poids de 7 000 tonnes, sont posés. Le câble est constitué d'une âme composée d'un toron de sept fils de cuivre pur gainé de trois couches de gutta-percha (12,2 mm de diamètre). Il est armé de 18 torons formés chacun de sept fils de fer le tout enrobé d'une mince couche de toile goudronnée. Un message inaugural est échangé entre la reine Victoria et le président Buchanan. La transmission du message de 100 mots dure 67 minutes. La ligne ne fonctionne que vingt jours, jusqu'au 1^er septembre : Whitehouse, ingénieur de la société Newall, pensant accélérer la transmission, provoque le claquage de la liaison en appliquant une tension de pile destructrice.
• 1865-1866, deux nouveaux câbles transatlantiques sont posés par le Great Eastern.
• 1870, à la demande du gouvernement britannique, Bombay est relié à Londres par un câble sous-marin posé par le Great Eastern, opération combinée de quatre compagnies de câbles.
• 1871, en juin, la Grande-Bretagne est reliée à Hong Kong et, un an plus tard, à l'Australie.
• 1877, les réseaux télégraphiques britanniques ont une longueur de 103 068 km sur les 118 507 km du réseau mondial. 43 câbles atterrissent en France.
• 1891, le premier câble téléphonique sous-marin entre Sangatte et St-Margaret est posé par le câblier Monarch : il s'agit d'une liaison simple voie inaugurée le 19 mars par le ministre Jules Roche et son homologue britannique, M. Raikes. À partir de 1908, tous les câbles France-Angleterre sont téléphoniques.

En décembre 1899, après avoir expérimenté avec succès l'appareil entre Marseille et Alger, un vœu est adopté pour développer l'usage de l'appareil Baudot sur les câbles sous-marins d'Algérie^[6].

L'appareil Baudot peut être utilisé avec deux fils : un fil sert alors à la transmission, et l'autre à la réception^[7]

XX^e siècle

• 1902-1903, premier câble télégraphique transpacifique, reliant les États-Unis à Hawaï, à Guam et aux Philippines en 1903. Pose d'une liaison Canada, Australie, Nouvelle-Zélande, Fidji.
• 1917, 21 câbles transatlantiques franco-anglais en service permettent théoriquement d'acheminer 1,2 million de mots par semaine dans les deux sens.
• 1929, 12 câbles transatlantiques sont rompus au sud de Terre-Neuve suite au tremblement de terre des Grands Bancs le 18 novembre et au glissement de terrain sous-marin généré.
• 1950, première liaison téléphonique sous-marine entre Key West (Floride, États-Unis) et La Havane (Cuba). Sa capacité est de 24 circuits et chacun des deux câbles contient quatre répéteurs.
• 1955, mise au point définitive des amplificateurs répéteurs immergés permettant des liaisons téléphoniques modulées à très grande distance.
• 1956, mise en service de TAT1, premier câble transatlantique téléphonique à technologie coaxiale et à modulation de courant et de fréquences. Il contient 60 circuits téléphoniques.
• 1960-70, mise au point du câble à porteur central, réalisation de nouvelles enveloppes mécaniques des répéteurs, création de nouvelles machines de pose et perfectionnement des méthodes de contrôle de pose.
• 1962, pose de câbles électriques EDF France-Angleterre dit IFA par le N/C Ampère des PTT.
• 1965, transistorisation des répéteurs.
• 1966, le dernier câble télégraphique Bay Roberts-Horto est débranché.
• 1985, pose du dernier câble analogique de grande capacité Sea-Me-We 1 - Marseille-Singapour - 13 500 km en huit segments - 1 380 voies téléphoniques. Boucle le premier tour de la Terre.

Coupe d'un câble sous-marin de télécommunication à fibres optiques.
1. Polyéthylène.
2. Bande de Mylar.
3. Tenseurs en acier.
4. Protection en aluminium pour l'étanchéité.
5. Polycarbonate.
6. Tube en aluminium ou en cuivre.
7. Vaseline.
8. Fibres optiques.

• 1988, mise en service de TAT8, premier câble transatlantique à fibres optiques (2 x 280 Mbit/s) équivalent à 40 000 circuits téléphoniques.
• 1990, découverte de la fenêtre 1,550 nm, longueur d'onde dans le verre de la fibre optique minimisant les effets de la diffraction. La bande passante utile est portée à 12,5 THz (soit 12 500 GHz).
• 1995, génération tout optique des liaisons avec la mise au point de l'amplification optique dans les répéteurs par fibres dopées à l'erbium. Technique EDFA (Erbium Doped Fibre Amplified). Mise en service des câbles transatlantiques TAT12, TAT13 et TPC5 à amplification optique à correction d'erreurs. La capacité passe de la technologie S560 Mbit/s par fibre à 60 Gbit/s.
• 1998, première génération de système de filtrage optique WDM (multiplexage en longueurs d'onde où plusieurs couleurs portant chacune un signal différent sont transmises simultanément). La capacité par paire de fibres est de 20 à 40 Gbit/s. Pose du câble AC1 États-Unis-Allemagne utilisant cette technique, avec deux fibres et 16 couleurs, transporte 160 Gbit/s.
• 1999, 23 août, mise en service de Sea-Me-We 3, premier câble à technologie WDM, relie tous les pays d'Europe et tout l'océan Indien jusqu'au Japon. 40 atterrissements, 40 000 km, permettant une capacité initiale de 500 Mbit/s. La modularité des équipements terrestres permettant des mises à niveau des terminaux sans toucher à la partie maritime, ce câble a aujourd'hui une capacité de 130 Gbit/s par paire de fibres, soit 260 fois sa capacité initiale.
• 2000, nouvelle amélioration de la technologie EDFA, la capacité passe à 10 Gbit/s par couleur, soit 160 Gbit/s par paire de fibres.

XXI^e siècle

Câbles sous-marins autour de l'Afrique dans les années 2010.

• 2001, mise en service du câble TAT-14, États-Unis - Grande-Bretagne - Allemagne - France. Technique EDFA sur 64 couleurs, capacité 5,12 térabits par seconde.
• 2002, en conservant les terminaux à 10 Gbit/s, les systèmes multiplexent jusqu'à 100 couleurs par paire, capacité de l'ordre de 1 térabit par seconde.
• 2002, pose du câble Apollo, de Cable & Wireless, constitué de deux câbles (Apollo North et Apollo South), contenant quatre paires de fibres optiques. Chaque câble a une capacité de transmission de 3,2 térabits par seconde^{[8][réf. obsolète]}.
• 2005, conception du système DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing). Technologie à 10 Gbit/s par couleur avec environ 100 couleurs par fibre^[9].
• 2010, systèmes sous-marins avec technologie 40 Gbit/s utilisant la détection cohérente, environ 100 longueurs d'onde par fibre optique.

En 2012, un million de kilomètres de câbles à fibre optique sont au fond de la mer^[10].

• En 2015, deux projets de câbles sous-marin concernent la France et l'Europe :
  • Un câble pacifique doit relier la Polynésie française à la Chine et à l’Amérique du Sud, sans passer par les États-Unis^[11].
  • La cable AEConnect doit relier New-York à Londres avec un débit de 52 Tbit/s ^[12].

Pose d'un câble

Études

Une étude documentaire est menée pour choisir le tracé potentiel de la liaison : étude des cartes géographiques et bathymétriques, lois et réglementations dans les zones traversées, activités humaines (pêche, zones pétrolières, etc.). Le choix des atterrissements est fait en fonction du réseau terrestre et de l'environnement marin à leur voisinage.

Après avoir retenu un tracé sur carte, une mission de sondage est effectuée à l'aide d'un navire océanographique. Un couloir d'une dizaine de kilomètres de large est étudié, définissant la bathymétrie de la zone au mètre près. Sur les zones ensouillables de 0 à 1 000 m de profondeur, des prélèvements par carottages déterminent la nature et la dureté du sol. L'étude de ces informations permet de choisir le tracé définitif, les types de câbles à utiliser et les longueurs nécessaires à la fabrication. Un calcul de mou est effectué pour prendre en compte les particularités du profil des fonds et du type de câble utilisé. Un mou insuffisant provoque des suspensions qui augmentent les risques d'usure du câble. Un mou trop important provoque des boucles-coques sur le câble.

Embarquement

Lovage du câble en cuve avant pose

Pose d'un câble sous-marin (animation)

L'opération d'embarquement correspond au chargement du câble et des répéteurs sur le navire.

Un plan de chargement est établi pour répartir la charge sur le câblier, mais surtout en fonction des opérations de pose à suivre, sens de pose, ordre des opérations. Le câble, extrait de l'usine de fabrication par une machine de traction à pneus, est lové manuellement dans les cuves du navire. Les répéteurs sont chargés par grue et stockés hors cuve sur des étriers en zone climatisée sur le pont de travail. À la fin de l'embarquement, l'ensemble de la liaison jointée est testée (par échométrie, mesure de la résistance, capacité, isolement, test de transmission optique OTDR (Optical Time Domain Reflectometer) et permet de vérifier le bon fonctionnement de la liaison avant pose.

Atterrissement

Atterrissement d'un câble sous-marin

Pour poser un atterrissement, le navire mouille sur le tracé retenu le plus près possible de la côte. Le câble est remorqué vers la plage, porté par des ballons flottants. À son arrivée sur la plage, il est solidement ancré et connecté au réseau terrestre. Des plongeurs libèrent les ballons pour que le câble se pose sur le fond.

Pose

Charrue sous-marine utilisée pour l'ensouillage des câbles sous-marins

Machine linéaire de pose de câble

• Pose ensouillée : dans les zones sensibles aux causes de dérangements et lorsque la nature du fond le permet, le câble est ensouillé à environ 80 cm sous le sol par une profondeur de 20 à 1 500 m. Le navire-câblier remorque une charrue qui creuse un sillon. Le câble est déroulé depuis ce même navire, passe dans la charrue et est déposé dans le sillon.
• Pose principale : en dehors des zones côtières du plateau continental, la pose classique « grand fond » s'effectue grâce à une machine à câble installée sur le pont du navire. Elle extrait le câble des cuves de stockage, contrôle sa longueur en fonction de la vitesse du navire et de la sur-longueur (mou) nécessaire pour recouvrir au mieux le profil du fond. En cas de poses multiples nécessitant des épissures intermédiaires, la partie dernièrement posée est mise sur bouée avant récupération et épissure de la section finale^{[13][réf. obsolète]}.

Après la réalisation de l'épissure finale, le navire débarque les réserves de la liaison dans le dépôt désigné par l'autorité de maintenance^[14].

Réparation d'un câble

Les câbles sous-marins peuvent être mis hors service par les chalutiers de pêche, le mouillage des navires, les avalanches sous-marines, les morsures de requin et même par des jaillissements brûlants des dorsales volcaniques. Les coupures étaient, au début de la période télégraphique, dues à l'usage de matériaux simples et à la pose de câbles directement sur le fond océanique, plutôt que de les enterrer dans les zones vulnérables. En temps de guerre, les câbles sont également souvent coupés par les forces ennemies.

La réparation d'un câble sous-marin (animation)

Pour effectuer une réparation de câble sous-marin, le navire-câblier drague le fond au moyen d'un grappin, teste chaque extrémité, met le côté sain sur une bouée et relève l'autre jusqu'au défaut. Par grand fond, le câble doit être physiquement coupé et chaque extrémité est séparément ramenée à bord du navire. Une nouvelle section au moins égale à deux fois la hauteur d'eau est insérée et soudée avant d'être reposée au fond sur le côté de l'axe du tracé^[15].

Un certain nombre de ports près des principales routes de câble sont devenus des bases spécialisées pour les navires-câbliers de réparation. C'est ainsi que Halifax, en Nouvelle-Écosse, servit de base dès le début du XX^e siècle à une demi-douzaine de ces navires et que deux d'entre eux furent contactés pour récupérer les victimes du naufrage du RMS Titanic.

Le travail de ces équipes apporta beaucoup à l'amélioration des techniques de réparation et de pose, ainsi qu'au développement de la pose ensouillée des câbles à l'aide de « charrue », dispositif destiné à les enterrer sur les zones sensibles.

Propriétaires et câbleurs

Câblier René Descartes, de Orange Marine, à la Seyne-sur-Mer en 2006

• États-Unis : TYCO^[16]
• France Propriétaire : Orange Marine^[17]
• France Câbleur : ASN Marine (Alcatel Submarine Networks) et Orange Marine
• Italie : Orange Marine^[18].
• Royaume-Uni : Global Marine Systems Limited^[19]
• Japon : NTT World Engineering Marine Corporation (NTT-WEM)^[20]
• Chine : S. B. Submarine Systems^[21]
• Émirats arabes unis : e-marine^[22]
• Afrique : Orange Marine

Notes et références

Voir aussi

Bibliographie

• R. Salvador, G. Fouchard, Y. Rolland et A. P. Leclerc, Du morse à l'Internet, 150 ans de télécommunications par câbles sous-marins, AAcsM, 2006. (ISBN 978-2-9526-1210-4)
• Gilles Puel et Charlotte Ullmann, « Les nœuds et les liens du réseau Internet : approche géographique, économique et technique » dans L'Espace géographique (Tome 35 - 2006/2, pages 97 à 114), Éditions Belin, 2006.
• (en) Anton A. Huurdeman, The Worldwide History of Telecommunications, Wiley-IEEE Press, 2003, (ISBN 978-0-4712-0505-0)
• Volker Dehs, À propos du câble transatlantique : deux compléments d'information, Revue Jules Verne 1, 1996, p. 22-26.

Articles connexes

• Câblier
• Liste des câbles de communication sous-marins
• Fibre optique

Liens externes

• (en) Site de l'International Cable Protection Committee
• (en) Site de la cartographie cable du monde sous-marin
• (en) Carte des câbles sous-marins du monde

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