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La technologie de la fibre optique (FO) trouve de nouvelles applications dans les applications sous-marines. La fibre permet des distances de transmission plus longues et des débits de données plus élevés que le cuivre – une évolution fortuite, à mesure que le forage offshore progresse vers des profondeurs plus importantes. L'exploration et la production pétrolières gagnent également en intelligence, les opérateurs cherchant à obtenir des informations et des analyses en temps réel, tant sur chaque puits que sur l'ensemble de la chaîne de production, du puits à la plateforme de surface ou terrestre. Comparée au cuivre, la large bande passante de la fibre permet des flux de données plus riches et des distances de franchissement beaucoup plus longues (c'est-à-dire la distance entre l'installation sous-marine et les installations de surface). Les câbles ombilicaux peuvent facilement atteindre des longueurs de 10 à 15 km, tandis que les câbles de pipeline, utilisés pour la détection, peuvent s'étendre jusqu'à 40 km.
Les fibres optiques constituent également des capteurs distribués de qualité supérieure. Les variations de pression ou de température modifient le profil de rétrodiffusion, permettant des mesures très précises grâce au suivi de la lumière rétrodiffusée. La vitesse de la lumière dans une fibre étant bien connue, la lumière rétrodiffusée révèle des informations sur l'amplitude de la mesure et sa localisation le long de la fibre.
Chaque fibre étant plus petite et plus performante qu'un câble en cuivre, le nombre de fibres qu'un câble ombilical peut accueillir augmente également, passant d'une douzaine ou moins aujourd'hui à 24, voire 48, dans un avenir proche. La figure 1 illustre le connecteur wetmate HydraLight 24/48 canaux SEACON de TE Connectivity (TE) pour les systèmes de distribution optique sous-marins.
Ces avancées technologiques ont accru l'intérêt pour la connectivité optique. Les connecteurs sous-marins, qu'ils soient destinés aux câbles en cuivre ou en fibre optique, sont soumis à un environnement d'exploitation extrêmement difficile, caractérisé par une pression élevée, des températures extrêmes et une eau de mer corrosive. Malgré ces conditions de fonctionnement difficiles, un connecteur doit être absolument fiable tout au long de sa durée de vie, qui est de 25 à 30 ans.
D'un côté, l'industrie exige un nombre croissant de fibres, et de l'autre, des coûts réduits et une fiabilité accrue. L'objectif est de proposer un connecteur offrant un équilibre parfait entre ces exigences apparemment opposées. C'est pourquoi les concepteurs de connecteurs FO innovent en permanence en termes de conception et de technologie optique intégrée. Dans le nouveau contexte du marché pétrolier et gazier offshore, ils s'engagent à rapprocher au maximum les capacités et la rentabilité des connecteurs FO.
Les connecteurs Drymate sont bien connus des utilisateurs de connecteurs circulaires militaires et aérospatiaux. Ils peuvent être installés à l'intérieur d'un module ou entre des modules assemblés sur site. Conçus pour un accouplement en surface en environnement atmosphérique, ils résistent aux pressions et à l'eau sous-marines pendant l'accouplement. L'accouplement standard de chaque moitié, garantissant l'étanchéité de la paire accouplée, s'effectue manuellement via une bague d'accouplement filetée.
Dans la technologie wetmate des fibres optiques sous-marines, illustrée par le connecteur HydraLight de deuxième génération, l'assemblage fibre-fibre sous-marin crucial est réalisé tandis que les deux moitiés de la terminaison fibre optique sont protégées de la contamination par l'eau de mer, le sable et le limon, car le processus d'accouplement s'effectue dans une chambre fermée, séparée, remplie d'huile et équilibrée en pression. Ce système d'équilibrage de pression permet au connecteur de fonctionner sans être affecté par la pression, contrairement à la plupart des connecteurs drymate, qui doivent supporter des différences de pression en raison de leur cavité interne à pression atmosphérique.
Les systèmes plus petits bénéficient de la fibre optique. Des systèmes de forage et de production sous-marins plus compacts, plus légers et hautement modulaires sont à l'ordre du jour. Leur installation est plus simple et moins coûteuse. Bien qu'une fibre optique soit bien plus légère qu'un fil de cuivre comparable, la taille d'un connecteur doit être limitée. Un connecteur sous-marin à connexion humide destiné à être déployé par un véhicule télécommandé (ROV) doit être suffisamment grand pour être clairement visible par les caméras du ROV et suffisamment robuste pour être connecté/déconnecté sans dommage par les manipulateurs du ROV. Dans ce cas, les connecteurs compatibles avec les ROV peuvent être dotés de larges entrées pour guider les moitiés à connecter.
Connecter les emballages traditionnels aux applications sous-marines
Dans une large mesure, les connecteurs de fibre optique sous-marins utilisent de nouvelles méthodes de conditionnement de technologies éprouvées, plutôt que des approches radicalement nouvelles et non éprouvées. TE Connectivity Marine Oil & Gas adapte aux applications sous-marines des technologies bien établies pour les télécommunications, les réseaux, l'aérospatiale et les applications militaires. La technologie des connecteurs sous-marins s'appuie sur le contact ultra-physique (UPC) et, plus récemment, le contact physique angulaire (APC) pour de meilleures performances (notamment avec les systèmes de détection) des terminaisons basées sur une ferrule en céramique, une technologie bien maîtrisée datant de 40 ans et des débuts de la fibre optique.
Au cours de la dernière décennie, des technologies alternatives de connectivité optique ont été développées et ont démontré leur fiabilité, tant au niveau de la fabrication que des applications. Certaines approches utilisent une interface sans contact pour une durabilité et une tolérance accrues aux manipulations brutales, avec une légère baisse des performances optiques. D'autres proposent une connexion multifibre haute densité pour gagner en espace et en poids dans les systèmes à nombre élevé de fibres, au prix d'une certaine complexité au niveau de l'interface de connexion et du mécanisme de pré-alignement.
Dans une autre avancée technologique intéressante en matière de connectivité, une pointe de fibre nue clivée a été transformée en connecteur wetmate de fond de trou. Cette technologie sans époxy ni ferrule offre une meilleure tolérance aux températures élevées et un profil plus compact pour s'adapter aux tubages de fond de trou étroits. La figure 2 présente des connecteurs wetmate FO développés pour les arbres sous-marins et les applications de fond de trou.
Selon l'application sous-marine et marine et le type de détection requis, chacune de ces technologies d'interface optique a sa place. Le principal défi consiste à adapter ces technologies de manière optimale afin de créer une solution rentable répondant aux besoins d'installation, de déploiement et de maintenance.
L'industrie a besoin de connecteurs fiables lorsqu'ils sont installés sous l'eau et au fond des puits pour la surveillance des réservoirs et l'amélioration de la récupération du pétrole. Les puits à haute température (par exemple, > 150 °C), où les systèmes de détection électrique présentent certaines limites, ont été très tôt ciblés pour le déploiement de systèmes de détection d'oxygène dissous. Au fil des ans, la détection d'oxygène dissous a suscité l'intérêt des exploitants, non seulement pour sa capacité à résister à des températures très élevées, mais aussi pour la qualité et la quantité de données récupérables.
La plupart des opérateurs intègrent des capacités FO de pointe dans le cadre d'une progression naturelle du développement de leurs champs. Alors que l'exploration et la production pétrolières et gazières marines s'étendent à des profondeurs toujours plus importantes, avec des exigences de pression et de température de fonctionnement des connecteurs à fibre optique de plus en plus robustes, les défis du secteur évoluent pour suivre le rythme. Une approche collaborative avec les clients et les partenaires est essentielle pour la conception de la connectivité FO sous-marine. S'il est toujours souhaitable de dépasser les exigences techniques, il est bien plus important de dépasser les attentes des clients en termes de coût, d'opérabilité et de fiabilité.
Implications futures
Longues distances de transmission, débits de données élevés, légèreté, compacité et détection distribuée : la fibre optique réunit de nombreuses fonctionnalités essentielles pour améliorer l'efficacité de l'exploration et de la production offshore. Les avancées technologiques de la connectivité par fibre optique peuvent ouvrir un avenir prometteur, avec la possibilité de développer et de produire avec des performances supérieures à moindre coût et de libérer de nouvelles ressources.
À propos de FIBER-MART (Fiber-MART.COM)
FIBER-MART (Fiber-MART.COM), basé à Hong Kong et aux États-Unis, est un fournisseur mondial de premier plan en matière de réseaux de fibre optique, de FTTX, de câblage et de connectivité fibre, de tests, d'épissures et de polissage de fibres, ainsi que de solutions réseau intégrées. Consacrée à la recherche et au développement, à la conception, à la fabrication et à la fourniture de solutions de connectivité fibre pour les opérateurs, les FAI, les fournisseurs de contenu et les réseaux, FIBER-MART s'est toujours engagée à offrir des performances et une innovation de premier plan.
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