Empa Empa: de la fibre optique à la glycérine

Des chercheurs de l'Empa ont développé une fibre optique dont le coeur est composé de glycérine. Elle peut transmettre des données de manière tout aussi fiable que la fibre de verre, tout en étant beaucoup plus robuste.

Keystone-SDA, uc, ats

29.07.2021, 15:49

29.07.2021, 15:55

ATS

Les câbles à fibres optiques sont idéaux pour la transmission de données sur de longues distances. La technologie est éprouvée et utilisée à grande échelle, a indiqué jeudi le Laboratoire fédéral d'essai des matériaux et de recherche (Empa) dans un communiqué.

Mais les fibres de verre ne peuvent être pliées que dans une mesure limitée et sont très sensibles aux contraintes de traction. Si le cœur en verre de la fibre se déchire, la transmission des données est terminée.

Des fibres plastiques sont aussi utilisées pour des distances de transmission plus courtes: pour les bâtiments individuels, les locaux d'entreprise ou dans les véhicules. Le cœur de ces fibres est souvent constitué de plexiglas ou de plastique polycarbonate. Ces matériaux transparents sont plus flexibles que le verre, mais presque aussi sensibles aux forces de traction.

«Dès qu'une microfissure se forme dans le cœur de la fibre, la lumière est diffusée par la fissure et est perdue», explique Rudolf Hufenus, chercheur à l'Empa, cité dans le communiqué.

Un kilomètre de long

Depuis sept ans, les laboratoires du département de recherche «Advanced Fibers» à Saint-Gall disposent d'une machine capable de produire des fibres d'un kilomètre de long remplies de liquide. Ce savoir-faire fait de l'Empa un leader mondial.

«Les fibres à deux composants avec un noyau solide existent depuis plus de 50 ans, mais la fabrication d'un noyau liquide continu est considérablement plus complexe. Il faut que tout s'emboîte parfaitement pour que ça marche», précise Rudolf Hufenus.

C'est le physicien genevois Jean-Daniel Colladon qui, en 1842, a conduit pour la première fois la lumière à l'intérieur d'un jet d'eau – et a ainsi découvert l'un des fondements physiques de la technologie actuelle de la fibre de verre.

Mais pour la conduction de la lumière dans les fibres creuses avec un noyau liquide, un facteur est crucial: l'indice de réfraction du liquide doit être nettement supérieur à celui du matériau de revêtement. Ce n'est qu'alors que la lumière sera proprement réfléchie à l'interface et restera piégée dans le noyau liquide.

En même temps, tous les ingrédients doivent être stables en température. Les deux composants de la fibre doivent passer ensemble dans la buse de filage sous haute pression et à une température de 200 à 300 degrés. L'équipe a opté pour un noyau liquide composé de glycérol et une gaine en fluoropolymère.

Jusqu'à 10% d'allongement réversible

La fibre qui en sort n'est pas seulement extrêmement extensible, elle peut aussi mesurer la distance à laquelle elle a été étirée. Rudolf Hufenus et son équipe ont ajouté une petite quantité de colorant fluorescent au glycérol et ont étudié les propriétés optiques de cette fibre luminescente pendant le processus d'étirement.

Résultat: lorsque la fibre est étirée, le trajet de la lumière est allongé, mais le nombre de molécules de colorant dans la fibre reste constant. Cela entraîne une légère modification de la couleur de la lumière émise, qui peut être mesurée à l'aide d'une électronique appropriée. De cette façon, la fibre remplie de liquide peut indiquer un changement de longueur ou une charge de traction qui se produit.

«Nous pensons que nos fibres remplies de liquide pourront être utilisées non seulement pour la transmission et la détection de signaux, mais aussi pour la transmission de force dans les domaines du micromoteur et de la microhydraulique», explique Rudolf Hufenus. La composition exacte de la gaine de la fibre et du remplissage peut alors être spécifiquement adaptée aux exigences de l'application en question.