D. MÉDIAS PHYSIQUES

D. MÉDIAS PHYSIQUES

Le média physique est le support sur lequel circulent les informations. Il peut s'agir d'un câble (média relié) ou d'une transmission sans fil (média non relié). Le choix du média physique conditionne le débit maximal, la distance couverte, la sensibilité aux interférences et le coût d'installation.

Médias reliés (guidés)	Médias non reliés (non guidés)
Paire torsadée (UTP/STP/FTP)	Wi-Fi (802.11a/b/g/n/ac/ax/be)
Câble coaxial (10Base5, CATV)	Laser / infrarouge (FSO)
Fibre optique (MMF, SMF)	Micro-ondes terrestres et satellitaires
Câble CPL (courant porteur de ligne)	Radio cellulaire (4G/5G)

Les médias physiques sont évalués selon : la bande passante disponible, la distance maximale avant régénération du signal, la résistance aux interférences électromagnétiques (EMI/RFI), la facilité d'installation et le coût.

1. Fibre optique

La fibre optique représente l'une des plus grandes avancées technologiques en matière de câblage. Elle transporte la lumière dont la source est soit un laser, soit une DEL (Diode ÉLectroluminescente, LED). Elle est insensible aux perturbations électromagnétiques et offre une immunité totale aux écoutes passives.

 

 

a) Structure de la fibre

La fibre optique est constituée de trois éléments concentriques :

·    Le cœur (core) : partie centrale de la fibre servant à la propagation des rayons lumineux. Composé de verre (silice) ou de plastique hautement raffiné.

·    La gaine optique (cladding) : entoure le cœur d'un matériau dont l'indice de réfraction est inférieur à celui du cœur. Cette différence d'indice confine la propagation des rayons par réflexion totale interne.

·    Le revêtement de protection (coating/buffer) : couche extérieure protégeant la gaine optique des dégradations physiques (chocs, humidité, écrasement).

Fig. 12 — Structure d'une fibre optique (cœur, gaine, revêtement)

 

Un câble optique peut transférer jusqu'à plusieurs centaines de Gbps sur des distances dépassant plusieurs kilomètres — ce qu'aucun câble en cuivre ne permet. Aujourd'hui, c'est la solution de référence pour les grandes distances et les gros débits. Les fibres optiques varient de 2 à 864 brins dans un même câble (un brin par sens de transmission, par convention).

b) Types de fibres

n  Fibre multimode (MMF — Multimode Fiber) : les rayons de lumière suivent plusieurs chemins (modes) dans le cœur, ce qui génère une dispersion modale limitant la distance et le débit. Utilisée pour de courtes distances (LAN, datacenter). Émetteur : LED (850 nm) ou laser VCSEL (850 nm). Dimensions normalisées : cœur 50 µm / gaine 125 µm (ou 62,5/125 µm). Performances : de 1 Gbps/km (OM1) à 100 Gbps/100 m (OM5). On distingue les fibres à saut d'indice et celles à gradient d'indice (onde sinusoïdale, meilleures performances).

Fig. 13 — Propagation dans une fibre multimode (gradient d'indice et saut d'indice)

n  Fibre monomode (SMF — Single-Mode Fiber) : les rayons suivent un seul chemin (mode fondamental) dans un cœur très étroit (5 à 10 µm / gaine 125 µm). L'émetteur est un laser (1 310 nm ou 1 550 nm) offrant un signal très précis. Performances : > 100 Gbps/km, utilisable sur des dizaines à centaines de kilomètres. La dispersion chromatique (différentes longueurs d'onde se propagent à vitesses légèrement différentes) est le principal facteur limitant, corrigé par des compensateurs de dispersion ou des fibres DSF (Dispersion Shifted Fiber).

Fig. 14 — Propagation dans une fibre monomode (mode unique, faible dispersion)

 

 

Caractéristique	Multimode (MMF)	Monomode (SMF)
Diamètre du cœur	50 ou 62,5 µm	8–10 µm
Source lumineuse	LED / VCSEL (850 nm)	Laser (1 310 / 1 550 nm)
Distance max.	~ 550 m (OM4, 10 Gbps)	Plusieurs dizaines de km
Débit max.	100 Gbps / 100 m (OM5)	Tbps avec DWDM
Coût des émetteurs	Faible (VCSEL)	Plus élevé (laser FP/DFB)
Usage typique	LAN, datacenter	WAN, backbone, FTTH

Trois types d'émetteurs sont utilisés selon les applications :

n  LED (Light Emitting Diode) : émettent dans l'infrarouge à 850 nm. Utilisées avec les fibres multimodes courte distance. Faible coût, longue durée de vie, modulation lente.

 

n  Diodes laser infrarouge : émettent à 1 300 nm. Performances intermédiaires, utilisées pour des distances moyennes.

n  Lasers DFB/FP : longueur d'onde de 1 310 nm ou 1 550 nm. Utilisés avec les fibres monomodes longue distance et les systèmes DWDM. Largeur spectrale très fine, nécessaire pour le multiplexage dense en longueur d'onde.

Fig. 15-16 — Émetteurs optiques : LED (850 nm) et laser (1 310/1 550 nm)

c) Connecteurs fibre optique

Il existe de nombreux types de connecteurs fibre optique. Chaque connecteur comprend une ferrule (cylindre de précision en céramique ou métal) qui maintient et aligne la fibre.

Les connecteurs les plus utilisés :

           

Fig. 17a-17b — Connecteurs ST (à baïonnette, gauche) et SC (push-pull, droite)

Fig. 17c — Connecteur MIC double (utilisé dans les réseaux FDDI)

Connecteur	Fixation	Usage typique
ST (Straight Tip)	Baïonnette (twist-lock)	Réseaux LAN multimode
SC (Subscriber Connector)	Push-pull (clip)	FTTH, LAN, WAN le plus répandu
LC (Lucent Connector)	Push-pull petit format	SFP transceiver, datacenters
FC (Ferrule Connector)	Vissé	Instruments de mesure, télécoms
MIC (Media Interface Connector)	Double, clip	FDDI (obsolète)
SMA	Vissé	Applications militaires, instruments
FCPC	Vissé avec polissage PC	Fibres monomodes

d) Types de polissage (ferrule)

Le type de polissage de la terminaison optique (ferrule) détermine la qualité de la connexion et les pertes d'insertion :

·    PC (Physical Contact) : la terminaison est polie pour obtenir une surface convexe légèrement bombée. Atténuation de réflexion : −40 dB.

·    UPC (Ultra Physical Contact) : convexité plus accentuée que PC, meilleure qualité. Atténuation de réflexion : −50 dB. Connecteur bleu.

·    APC (Angled Physical Contact) : polie en forme convexe et inclinée de 8 degrés, réduisant les réflexions parasites. Atténuation de réflexion : −60 dB. Connecteur vert. Utilisé en FTTH multi-abonnés (GPON) et en systèmes CATV. C'est le type de polissage le plus recommandé pour les liaisons longue distance.

e) Techniques de raccordement (couplage)

·    Couplage mécanique : deux connecteurs mis bout à bout avec une pièce d'adaptation (accoupleur/adaptateur) de précision. Connexion démontable.

·    Splice mécanique : raccordement permanent par pincement mécanique. Utilisé pour les réparations suite à rupture. Perte d'insertion : ~0,5 dB.

·    Fusion (soudure) : fusion des deux fibres au moyen d'un arc électrique (fusionneuse). Solution la plus fiable et la moins pertuante. Perte d'insertion : < 0,1 dB. Utilisée pour les déploiements FTTH et les backbones.

2. Câbles à paires torsadées (UTP/STP/FTP)

Dans le cas le plus simple, une paire de fils permet de transporter le signal. Le courant électrique génère un courant induit dans les liaisons voisines (diaphonie — crosstalk), qui interfère avec le signal et réduit son efficacité. La torsade des paires annule ces interférences : les courants induits dans chaque demi-tour s'annulent mutuellement.

Fig. 18 — Câble UTP 4 paires torsadées (structure et torsion des paires)

Le câble à paires torsadées existe sous trois formes principales :

n  UTP (Unshielded Twisted Pair — paire non blindée) : quatre paires de fils regroupés dans une gaine PVC. Le plus courant, le moins cher et le plus facile à installer. Sensible aux interférences électromagnétiques externes.

n  FTP (Foiled Twisted Pair) : un blindage global aluminium entoure les 4 paires. Protection contre les interférences électromagnétiques (EMI) sans blindage individuel des paires.

n  STP (Shielded Twisted Pair) : chaque paire est blindée individuellement, puis l'ensemble est blindé. Protection maximale contre EMI et diaphonie. Câble plus rigide et plus lourd. Utilisé dans les environnements industriels ou très perturbés.

a) Catégories de câblage

Catégorie	Bande passante	Débit max.	Usage typique
Cat 3	16 MHz	10 Mbps	Téléphonie, Ethernet 10BaseT
Cat 5	100 MHz	100 Mbps	Fast Ethernet 100BaseTX
Cat 5e	100 MHz	1 Gbps	Gigabit Ethernet 1000BaseT
Cat 6	250 MHz	1 Gbps (10 Gbps < 55 m)	Gigabit, câblage structuré
Cat 6A	500 MHz	10 Gbps / 100 m	10GBaseT, bureaux modernes
Cat 7	600 MHz	10 Gbps	Centres de données
Cat 8	2 000 MHz	25–40 Gbps / 30 m	Serveurs, DataCenter ToR