Pourquoi utiliser des câbles fibre optique dans les systèmes audiovisuels ?
L'association de la lumière et du verre offre des propriétés exceptionnelles qui permettent aux professionnels de l'audiovisuel de disposer d'outils performants dans des applications audiovisuelles courantes. Un câble fibre optique peut être utilisé pour transmettre des signaux vidéo haute résolution, audio, et de contrôle sur une seule fibre sur 30 km (18,75 miles). Il empêche la perte ou la dégradation du signal, la production d'interférences électriques, et l'apparition d'un bruit causé par un bouclage de terre. Étant donné que la transmission de contenus est fondamentalement sécurisée et immunisée contre les interférences extérieures, les applications sur fibre optique sont privilégiées dans les administrations publiques, ainsi que les structures militaires et médicales.
Infrastructure câblée sur fibre optique
Topologie physique
Dans un système audiovisuel sur fibre optique, la topologie physique indique la disposition des sources et des écrans, ainsi que les méthodes d'interconnexion. Les topologies les plus courantes sont celles dites point à point, en cascade, et en étoile, comme le montre la figure 1. La configuration point à point est utilisée pour l'extension simple de signaux sur un câble fibre optique. Les configurations en cascade sont utiles pour la transmission d'une source vers plusieurs destinations, comme dans une application d'affichage dynamique. La configuration en étoile est la topologie la plus polyvalente, fournissant un système central de commutation et de distribution pour assurer l'envoi d'une source vers un écran.
En pratique, un système audiovisuel sur fibre optique représente souvent une topologie hybride, combinant plusieurs configurations dans un même système, comme le montre la figure 2. Dans ce système, la topologie globale est une étoile associée à quatre sous-réseaux. Trois des sous-réseaux sont également dans des configurations en étoile, tandis que le quatrième fournit un montage en cascade.
Câblage structuré TIA/EIA-568
Une infrastructure câblée fibre optique, installée conformément au standard TIA/EIA-568 pour les câbles des bâtiments commerciaux, offre une topologie en étoile hiérarchique (voir figure 3). Un local technique (ER) assure des connexions croisées pour le raccordement des câbles dans des équipements de commutation, de routage, et autres. Le local technique au niveau le plus haut dans la structure hiérarchique contient le répartiteur principal (MC), qui fournit le système central de commutation et de distribution pour l'installation. Un local technique à un niveau inférieur contient un répartiteur intermédiaire (IC), qui fournit des connexions aux équipements de commutation et de distribution de l'installation. Une salle de télécommunications (TR) inclut un répartiteur horizontal (HC), qui permet de raccorder le câblage du local technique et des équipements de l'utilisateur installés dans une zone de travail (WA). Cette salle peut aussi comprendre des équipements pour la commutation et la distribution sur site. Le câblage reliant le local technique à une salle de télécommunications est appelé dorsale, tandis que le câble reliant une salle de télécommunications à une zone de travail est appelé câblage horizontal.
Pour limiter la dégradation du signal, un seul répartiteur intermédiaire doit être en place entre un répartiteur horizontal et le répartiteur principal. Ainsi, toute connexion entre deux répartiteurs horizontaux est transmise via trois systèmes de répartition au plus. Dans une infrastructure optique, réduire le nombre de répartiteurs est nécessaire pour éviter les pertes optiques excessives qui sont associées à la présence de plusieurs connecteurs fibre optique dans un même chemin de câbles.
La figure 4 représente un campus avec plusieurs bâtiments dont chacun comprend un local technique et un point d'entrée (EF). Le point d'entrée assure la transition entre les câbles d'extérieur et les câbles d'intérieur pour le routage dans un bâtiment. Un local technique contient le répartiteur principal tandis que les autres locaux techniques incluent chacun un répartiteur intermédiaire. La dorsale inclut un câblage d'intérieur pour les épines dorsales du bâtiment et un câblage extérieur pour le réseau dorsal entre les bâtiments du campus.
La topologie en étoile hiérarchique indiquée dans le standard TIA/EIA-568 offre plusieurs options pour diverses applications. Un système centralisé de commutation et de distribution dispose par exemple d'un local technique avec un câblage horizontal reliant la zone de travail au répartiteur principal. En revanche, un système distribué inclut des équipements dans la salle de télécommunications pour fournir une commutation locale dans une zone de travail. Il peut aussi supporter un autre local technique via un répartiteur intermédiaire. Le standard TIA/EIA‑568 permet par ailleurs de relier des salles de télécommunications pour supporter d'autres topologies n'offrant pas de configuration en étoile.
Besoins de câblage dans un système audiovisuel sur fibre optique
Le type de câblage à utiliser dans un système audiovisuel sur fibre optique dépend de divers facteurs : le nombre de fibres requises, les options de raccordement, le lieu d'installation du câble, les usages du câble dans l'infrastructure, etc. Le système audiovisuel sur fibre optique de la figure 5 montre par exemple un système centralisé de commutation et de distribution avec un local technique et plusieurs zones de travail. Étant donné que le local technique et les zones de travail se situent au même étage, une salle de télécommunications n'est pas utile. Chaque câble fibre optique s'étend du local technique vers un émetteur ou récepteur d'une zone de travail.
Applications multi-niveaux
Dans une structure multi‑niveaux où un local technique supporte des zones de travail situées à différents étages, comme le montre la figure 6, une salle de télécommunications est nécessaire à chaque étage. Dans cette salle, un panneau de brassage ou une cassette d'épissurage permet de reconfigurer le réseau d'un étage, et offre un point de transition entre le câblage horizontal et le câblage dorsal.
Il est possible de ne pas se servir de ces deux outils en installant un câblage centralisé entre la zone de travail et le local technique. Cette option pourrait réduire les coûts et les pertes optiques. Pour ce faire, le câble fibre optique doit être conforme à l'ensemble des réglementations locales, régionales, et nationales en matière de construction et de sécurité pour une utilisation dans les réseaux horizontaux et dorsaux.
Applications multi‑bâtiments
Le système représenté dans la figure 7 utilise une topologie en étoile hiérarchique et inclut divers composants audiovisuels dans le local technique, les salles de télécommunications, et les zones de travail. Les équipements de commutation et de distribution sont placés dans les salles de télécommunications pour le routage local, et dans le local technique pour un routage dans l'intégralité du système. Le local technique constitue aussi un point d'entrée pour la connexion à des équipements dans d'autres bâtiments via le réseau dorsal du campus. Cette conception de système intègre de nombreux câbles d'intérieur et d'extérieur.
Câblage horizontal
Dans les zones de travail, les équipements audiovisuels sont placés à divers emplacements et incluent notamment des sources vidéo, des écrans, des projecteurs, des ordinateurs, des claviers, et des souris qui comprennent divers types de signaux électriques, dont le DisplayPort, l'HDMI, le DVI, le SDI multi‑débits, le VGA, la composante HD, la vidéo à définition standard, l'audio, l'USB, le RS‑232, et l'Ethernet. Les émetteurs et les récepteurs placés à proximité des sources audiovisuelles et des écrans fournissent des connexions pour les câbles fibre optique et audiovisuels afin d'assurer une conversion entre les domaines optiques et électriques.
Les câbles fibre optique assurent la connexion de signaux entre les zones de travail et le local technique ou la salle de télécommunications dans l'espace horizontal. Étant donné que les sources et les écrans peuvent être placés dans diverses zones de travail, un autre câble est déployé entre chaque émetteur ou récepteur et une salle de télécommunications ou un local technique. Les câbles doivent être suffisamment résistants pour supporter leur tirage et leur manipulation, et répondre à l'ensemble des réglementations de construction et de sécurité en vigueur. Dans la salle de télécommunications, un panneau de brassage offre un point de raccordement pour le câblage horizontal, assurant une reconfiguration simple et une expansion future, comme le montre la figure 8. Le câble horizontal peut être pré-raccordé pour simplifier l'installation ou raccordé sur site.
Le nombre de fibres requises dans chaque câble dépend de l'émetteur ou du récepteur utilisé. Un à quatre câbles sont généralement requis pour chaque chemin de câbles entre un émetteur ou un récepteur et la salle de télécommunications. Les produits de la gamme FOX Extron utilisent par exemple une fibre pour des signaux unidirectionnels et deux fibres pour des signaux bidirectionnels. Néanmoins, il est recommandé d'utiliser en permanence des câbles optiques duplex pour supporter des communications unidirectionnels et bidirectionnels, et pour les expansions futures.
Câblage dorsal du bâtiment
Le câblage intégré au réseau dorsal du bâtiment connecte la salle de télécommunications au local technique. Les panneaux de brassage de ces deux salles offrent de bons points de raccordement. Par ailleurs, un câblage à fibres multiples simplifie l'installation entre les salles avec un nombre réduit de câbles à tirer. Le câblage dorsal du bâtiment doit respecter les réglementations locales et nationales en matière de construction et de sécurité.
Câblage dorsal du campus
Le câblage dorsal d'un campus assure un routage des signaux entre des bâtiments dans une vaste installation, telle qu'un campus universitaire ou un site d'entreprise. Les câbles d'extérieur doivent résister à des conditions météorologiques défavorables, à l'humidité, à la présence de rongeurs, et à d'autres risques naturels dans l'environnement. Ils peuvent être installés comme des câbles aériens entre des potences, de manière souterraine, ou tirés à travers des fourreaux.
Les réglementations en matière de construction permettent de tirer des câbles d'extérieur sur des courtes distances uniquement, au‑delà de l'entrée technique. Chaque fibre d'un câble d'extérieur est épissée sur une fibre d'un câble d'intérieur correspondant, formant une connexion permanente entre les câbles d'intérieur et les câbles d'extérieur. Les segments épissés sont intégrés à un panneau d'épissurage placé dans une cassette dédiée pour assurer une protection, comme le montre la figure 9. Certains câbles sont certifiés pour un usage en intérieur et en extérieur, et peuvent être raccordés directement dans le panneau de brassage ou le terminal.
Cordons de raccordement
Les cordons de raccordement sont des câbles simplex et duplex raccordés sur site qui sont utilisés dans des espaces horizontaux, des salles de télécommunications, et des locaux techniques pour effectuer de courtes connexions, telles que connecter des équipements montés en rack à un panneau de brassage. Les cordons de raccordement duplex sont disponibles avec une polarité de paire inversée (AB/BA) ou de connexion directe (AB/AB), comme le montre la figure 10. Le standard TIA/EIA‑568 mentionne les caractéristiques des cordons de raccordement à paire inversée pour des signaux fibre optique duplex bidirectionnels pour garantir que la sortie ou l'émetteur (Tx) à chaque extrémité est connecté à l'entrée ou au récepteur (Rx) à l'extrémité opposée.
Les cordons de raccordement doivent être de qualité supérieure et comporter des connecteurs pré‑raccordés, comme les câbles fibre optique multimode 2LC MM P et monomode 2LC SM P Extron. Ils doivent être suffisamment longs pour permettre une connexion sans tension du câble, bien que cette longueur ne doive pas contribuer au mauvais agencement de ce dernier. Les câbles optiques 2LC MM P et 2LC SM P Extron sont des câbles duplex disponibles dans plusieurs longueurs comprises entre 1 m (3,3') et 60 m (197'), pour de nombreuses applications. Ils sont pré-raccordés avec des connecteurs LC aux normes industrielles et polis selon les standards UPC. La configuration à paire inversée (AB/BA) assure la bonne mise en correspondance des ports d'entrée/sortie (Tx/Rx) dans une infrastructure fibre optique conforme TIA/EIA‑568, ou lors de la connexion d'un extendeur de la gamme FOX dans une application point à point.
Câbles simplex et duplex d'intérieur
Structure d'un câble
Comme le montre la figure 11, un câble fibre optique simplex contient une fibre à gaine serrée entourée d'éléments de renforcement en fibre aramide. La fibre de verre de 125 μm se trouve au centre du câble et est entourée d'un revêtement protecteur de 250 μm. Un revêtement secondaire de 900 μm est ajouté pour une protection renforcée. La fibre aramide est faite de Kevlar®, le même matériau utilisé par les forces de l'ordre et l'armée pour leurs gilets pare‑balles. Elle permet de mieux protéger le câble et de renforcer son tirage. Une gaine protectrice de 2 à 3 mm entoure la fibre et la gaine, ajoutant une couche finale de protection.
Un câble fibre optique zipcord duplex, comme représenté dans la figure 12, comprend deux fibres simplex liées qui peuvent être facilement séparées. Chaque fibre sous gaine est entourée d'éléments de renforcement en fibre aramide et d'une protection. Une fine bande protectrice au milieu joint les deux fibres.
Où sont-ils utilisés ?
Étant donné que la plupart des signaux audiovisuels circulent sur une ou deux fibres, les câbles simplex et duplex sont les câbles fibre optique les plus courants dans les systèmes audiovisuels. Ils servent de cordons de raccordement et sont le plus souvent adaptés à un déploiement horizontal entre des salles de télécommunications ou des locaux techniques et des zones de travail. Disponibles en version ascendante et plenum, ils peuvent être installés dans des murs, des planchers techniques, et des conduits de reprise d'air. Ils sont simples à tirer, grâce à leur petite taille et leur poids léger. Les fibres protégées et gainées individuellement peuvent être raccordées avec facilité sur site et offrent une résistance lors de manipulations régulières.
Câbles à fibres multiples d'intérieur
Un câble fibre optique épanoui contient plusieurs câbles simplex dans une même gaine extérieure (voir figure 13). Les fibres simplex sont groupées autour d'un composant diélectrique central pour plus de résistance. La gaine extérieure peut être dénudée à l'aide d'un fil de déchirement intégré pour exposer les fibres simplex pour le dénudage et le raccordement. Une fois dénudées, chaque fibre peut être connectée directement dans un panneau de brassage ou un terminal. L'élément de protection peut être ascendant ou plenum pour une installation dans des murs ou des conduits de reprise d'air.
Les câbles épanouis sont utilisés dans les emplacements où les fibres doivent être étendues d'un point à un autre. Étant donné que chaque fibre est protégée par des éléments de renforcement et une gaine, les câbles épanouis sont fréquemment utilisés pour des déploiements horizontaux entre des zones de travail et une salle de télécommunications ou un local technique. Ils sont aussi utilisés dans le réseau dorsal fibre optique d'un bâtiment pour la liaison de la salle de télécommunications au local technique dans une topologie hiérarchique. Les câbles épanouis peuvent être utilisés entre des panneaux de brassage ou connectés directement à un équipement.
Un câble de distribution comprend plusieurs fibres à gaine serrée qui sont groupées autour d'un élément de renforcement central, lui-même entouré d'une fibre aramide et d'une protection extérieure (voir figure 14). Dans la mesure où les fibres à gaine serrée ne sont pas individuellement protégées, les câbles de distribution ont tendance à être plus petits et plus légers que des câbles épanouis ayant le même nombre de fibres. L'élément de protection extérieur peut être ascendant ou plenum pour une installation dans des murs ou des conduits de reprise d'air.
Tout comme les câbles épanouis, les câbles de distribution sont utilisés dans les emplacements où les fibres doivent être étendues d'un point à un autre. Certains installateurs privilégient les câbles de distribution dans le réseau dorsal d'un bâtiment, compte tenu de leur format compact et de leur poids léger. Cependant, puisque les fibres individuelles ne sont pas protégées par des éléments de renforcement ou une gaine, les câbles de distribution nécessitent une cassette de protection sur chaque panneau de brassage, comme le montre la figure 15. Il n'est pas recommandé de connecter directement des câbles de distribution à un équipement ni d'utiliser ces câbles pour des connexions horizontales.
Câbles à tube lâche d'extérieur
Un câble d'extérieur est conçu pour résister à des manipulations brusques, à des conditions climatiques peu favorables, et à des environnements dangereux. Les câbles fibre optique d'extérieur classiques utilisent une structure à tube lâche, comme le montre la figure 16. Les fibres sous gaine et groupées de 250 μm sont protégées par une structure à tube lâche. Le tube contient un gel qui bloque l'humidité ou un bloc sec qui empêche l'eau de s'introduire. Plusieurs structures à tube lâche entourent un élément de renforcement diélectrique central. Les tubes sous gaine, l'élément de renforcement, et la gaine extérieure empêchent la détérioration des fibres et l'excès de courbure. La structure à tube lâche permet aux câbles de s'étendre et de se contracter sur une plage de température élevée sans tension des fibres.
Lors du raccordement des câbles à tube lâche dans une cassette d'épissurage ou un panneau de brassage, veillez à ce que les fibres sous gaine de 250 μm ne soient pas endommagées. Un kit de finition (fan‑out kit) inclut une boîte de jonction et des tubes sous gaine de 900 μm pour séparer et couvrir les fibres de 250 μm, offrant une protection semblable à celle d'un câble de distribution d'intérieur (voir figure 17). Une fois installées, les fibres sous gaine de 900 μm peuvent être raccordées à l'aide d'épisseurs ou de connecteurs, mais doivent toujours être protégées par une cassette.
Un épanouisseur (breakout kit) est similaire à un kit de finition mais inclut en plus une fibre aramide et des gaines extérieures de 2 ou 3 mm pour reproduire la protection d'un câble épanoui, comme le montre la figure 18. La boîte de jonction sépare les fibres individuelles et assure une réduction de la traction. Un tube sous gaine de 900 μm couvre la fibre et est entouré de fibre aramide ainsi que d'une gaine extérieure. Une fois l'épanouisseur installé, la fibre peut être raccordée dans un panneau de brassage ou directement dans un équipement (ex. : une grille de commutation). L'utilisation d'un kit de finition ou d'un épanouisseur protège les fibres de 250 µm d'éventuelles détériorations causées par une manipulation brusque, une courbure, ou une rupture.
Câbles blindés
Un câble blindé inclut une couche en aluminium sous la gaine extérieure pour mieux protéger les fibres optiques. Il peut s'agir de câbles à gaine serrée d'intérieur et de câbles à tube lâche d'extérieur (voir figure 19). Une couche de blindage offre une meilleure protection pour un câble pouvant être exposé à un risque particulier, tel que des rongeurs.
Câbles tactiques
Un câble tactique est un câble fibre optique à gaine serrée extrêmement robuste, qui est adapté à des normes militaires pour des environnements hostiles. Les forces armées utilisent les câbles tactiques dans des situations de combat afin de fournir une communication extrêmement fiable. Les sociétés de production utilisent des câbles tactiques en fibre afin de fournir une bande passante élevée et robuste entre les caméras et le car régie pour les événements sportifs et le rassemblement électronique d'informations (Electronics News Gathering). Une gaine extérieure solide et des éléments de renforcement en fibre aramide fournissent une résistance à l'écrasement, protégeant le câble lorsqu'il est écrasé par les cars régie ou les équipements militaires.
Codage par couleur pour les câbles fibre optique
Le standard TIA/EIA-598 définit un système de codage par couleur (tableau 1) pour identifier facilement chaque fibre ou groupe de fibres dans un câble. Pour un câble de distribution (figure 14), les couleurs des gaines serrées correspondent au système défini dans le standard TIA/EIA-598. Dans un câble à tube lâche (figure 16), les codes couleur sont appliqués aux tubes lâches ainsi qu'aux fibres de chaque tube. De manière générale, les codes couleur ne s'appliquent pas aux revêtements des câbles.
| Numéro position | Code couleur |
|---|---|
| 1 | Bleu |
| 2 | Orange |
| 3 | Vert |
| 4 | Marron |
| 5 | Gris ardoise |
| 6 | Blanc |
| 7 | Rouge |
| 8 | Noir |
| 9 | Jaune |
| 10 | Violet |
| 11 | Rose |
| 12 | Turquoise |
| 13 à 24 | Répétition des couleurs 1 à 12 avec marquage en noir |
La gaine extérieure d'un câble fibre optique d'intérieur aide à identifier le type de fibre du câble, comme l'indique le tableau 2. Cependant, d'autres couleurs ne suivant pas ce protocole peuvent être utilisées. Le marquage d'une gaine extérieure fournit ainsi plus d'informations permettant d'identifier le type de fibre du câble. Puisque chaque fibre d'un câble épanoui possède des gaines séparées, la couleur de la gaine doit respecter le système TIA/EIA‑598 du tableau 1 afin d'identifier facilement chacune des fibres, ou le système du tableau 2 pour identifier le type de fibre du câble.
| Couleur de la gaine | Type de fibre optique |
|---|---|
| Orange | Multimode OM1 ou OM2 |
| Jaune | Monomode OS1 ou OS2 |
| Turquoise | Multimode OM3 ou OM4 optimisée au laser |
| Rouge | Monomode OS1 ou OS2 |
| Bleu | Monomode à polarisation constante |
Les codes couleur des connecteurs ne sont pas précisés dans le standard TIA/EIA‑598, bien qu'un ensemble commun de couleurs soit généralement utilisé par la plupart des fabricants pour le type de fibre et le polissage du connecteur, comme le montre le tableau 3. Les connecteurs et les polissages les plus communs incluent notamment le Physical Contact (PC), le Super Physical Contact (SPC), l'Ultra Physical Contact (UPC), et l'Angled Physical Contact (APC). Les connecteurs PC, SPC, et UPC comprennent un raccord légèrement courbé et emploient divers degrés de précision, produisant une perte de couplage progressivement réduite et une meilleure perte par réflexion. Ces trois connecteurs sont compatibles entre eux. Le raccord de type APC est poli à un angle de 8° pour fournir une perte par réflexion de ≥65 dB pour la fibre monomode, maintenant les réflexions à 0,000032%. Les connecteurs APC doivent par ailleurs être clavetés pour garantir que les raccords sont correctement alignés lors d'une connexion. Le connecteur APC n'est pas compatible avec un connecteur PC, SPC, ou UPC.
Bien que la majorité des codes couleur de connecteurs ne soient pas strictement respectés, la quasi‑totalité des fabricants utilise le vert clair pour identifier des connecteurs monomode avec polissage APC et garantir que seuls des connecteurs APC sont utilisés avec d'autres connecteurs APC. L'utilisation d'un connecteur APC avec un autre type de connecteur peut entraîner des dommages permanents au niveau du raccord du connecteur.
| Couleur du connecteur | Type de connecteur et de fibre | Type de polissage |
|---|---|---|
| Beige ou gris | Multimode OM1 62,5 μm | PC, SPC, ou UPC |
| Noir | Multimode OM1 50 μm | PC, SPC, ou UPC |
| Turquoise | Multimode OM3/OM4 10 Gb/s 50 µm | PC, SPC, ou UPC |
| Bleu | Monomode OS1 ou OS2 avec polissage PC, SPC, ou UPC | PC, SPC, ou UPC |
| Vert | Monomode OS1 ou OS2 avec polissage APC | APC |
Conclusions
Les câbles fibre optique offrent des avantages exceptionnels dans un système audiovisuel, notamment dans des applications sécurisées et longues distances. Pour sélectionner le câble le mieux adapté, il faut tenir compte du nombre de fibres requises, du lieu d'installation, de la topologie, et de la conception globale du système. Des câbles adaptés à un usage en intérieur et en extérieur sont disponibles pour offrir une solution à la quasi‑totalité des systèmes audiovisuels tandis que le codage couleur fournit une méthode d'identification simple pour les câbles à fibres multiples.