Une équipe de chercheurs internationale vient de démontrer qu’il était possible de concevoir des fibres optiques en silice à moindre coût en utilisant un nouveau procédé d’impression 3D. Cette nouvelle pourrait bien révolutionner la fabrication des fibres optiques.
La performance de nos réseaux de télécommunications repose en grande partie sur l’utilisation de fibres optiques en silice, tout comme le développement de l’Internet des objets (IoT).
La fabrication de fibres optiques : un procédé coûteux
Le processus qui permet d’obtenir une fibre optique en verre de silice est long et coûteux. Avant d’arriver à une fibre utilisable, il faut concevoir une préforme, une sorte de barreau de silice pure de plusieurs centimètres de diamètre à partir de procédés de déposition en phase vapeur (CVD, OVD, VAD, PCVD, etc.). La seconde étape, appelée fibrage, consiste à étirer cette préforme en une fibre de plusieurs centaines de kilomètres.
Dans leurs travaux précédents, les chercheurs australiens Kevin Cook et John Canning ont démontré qu’il était possible de concevoir des fibres à partir d’une préforme imprimée en 3D. Néanmoins, le matériau utilisé n’était pas de la silice, mais un polymère transparent de la famille de l’ABS et appelé SBP. Pourtant, le verre, ou plutôt la silice très pure reste le matériau à privilégier pour la fabrication des fibres optiques, car les pertes optiques y sont très faibles. Les chercheurs australiens (University of Technology Sydney et University of New South Wales) se sont associés avec deux laboratoires chinois spécialisés en fibres optiques pour la conduite de nouveaux travaux.
Le challenge de l’impression 3D de préformes en verre de silice
Imprimer en 3D des fibres de silice présente une difficulté de taille : comment atteindre la température très haute nécessaire à la fusion de la silice (> 1900°C) ? Malheureusement, la haute viscosité du verre en fusion a un impact très négatif sur la résolution en impression FDM (pas plus de 4 mm !), ce qui semble indiquer que cette technologie n’est tout simplement pas la bonne.
Heureusement, les technologies d’impression 3D évoluent sans cesse : dans la présente étude, ils ont eu recours à une technique appelée Direct Light Project (DLP) printing. Le verre en fusion a été remplacé par une suspension constituée de résine photosensible UV chargée à plus de 50 % en masse de nanoparticules de silice amorphe. Après polymérisation, ils ont ainsi obtenu une préforme creuse qu’ils ont dans un deuxième temps remplie d’une suspension de base similaire, mais additionnée de GeO2, TiO2, ou encore AlBN afin d’augmenter l’indice de réfraction. Plusieurs étapes de chauffage ont ensuite permis le déliantage du polymère puis la fusion partielle des nanoparticules, laissant la place à une structure solide prête à être insérée dans une tour de fibrage comme celles utilisées pour la fabrication de fibres optiques industrielles.
Des résultats prometteurs
Les premières fibres optiques qu’ils ont obtenues n’ont bien sûr pas les performances des fibres de silice du commerce. Néanmoins, les chercheurs ont d’ores et déjà identifié les causes des pertes optiques relevées et travaillent actuellement à l’amélioration de leur procédé. Ils sont cependant confiants et pensent que cette nouvelle approche pourrait prochainement remplacer la méthode de fabrication de fibres optiques actuelle. Prochaine étape pour eux : trouver des partenariats avec des industriels afin d’améliorer leur procédé et aboutir à une commercialisation.
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