Cavo sottomarino

Un cavo sottomarino è un cavo posato sul fondo del mare (o talvolta interrato, cioè interrato) e destinato a trasportare telecomunicazioni o a trasportare energia elettrica .

La maggior parte delle telecomunicazioni mondiali passa attraverso cavi sottomarini. Il loro numero è in costante aumento: erano circa 263 nel 2014, poi 378 nel 2019 e 406 nel 2020.

Il cavo evita la perdita di tempo indotta dalla distanza necessaria per effettuare una trasmissione satellitare (0,24 secondi nel caso di andata e ritorno a un satellite geostazionario ). Nel 2013, circa il 99% del traffico intercontinentale, dati e telefono, è stato trasmesso sotto gli oceani.

Questi cavi sono una questione strategica e geopolitica . Gli Stati Uniti e il Regno Unito sono in grado di leggere almeno un quarto del commercio transatlantico, e possono opporsi all'installazione di cavi che non hanno la capacità di controllare nell'Atlantico come nel Pacifico .

I cavi sottomarini vengono installati e manutenuti da navi portacavi , previa ricognizione batimetrica per individuare il percorso ideale: il più corto e senza rischi per il cavo.
A basse profondità, e quando la natura del fondale lo consente, i cavi vengono generalmente interrati utilizzando un attrezzo marino del tipo aratro cavo al fine di ridurre al minimo il rischio di impigliamento da parte degli attrezzi da pesca dei pescherecci . I cavi hanno generalmente un diametro di 69  mm e pesano circa 10  kg/m , anche se per tratti in acque profonde vengono utilizzati cavi più leggeri e sottili.

Trasporto di energia

I cavi elettrici dei sottomarini spesso collegano i continenti delle isole vicine o interconnettono reti diverse.

Sono anche utilizzati per trasportare l' elettricità prodotta nei parchi eolici offshore ("parchi offshore  "), nonché per l'alimentazione delle piattaforme petrolifere . Questi cavi sono utilizzati per il trasporto di energia ( corrente alternata o continua ) a tensioni comprese tra 30  kV e oltre 400  kV  ; comprendono generalmente una o più fibre ottiche che consentono la trasmissione simultanea di informazioni operative (parchi eolici) o di telecomunicazioni.

I cavi recenti consentono il trasporto di una grande quantità di energia. Ad esempio, la linea sottomarina 138  kV che collega Norwalk ( Connecticut ) a Northport  (in) (isola di Long Island , New York ) dalfebbraio 2008, trasporta 150  MW ( progetto da 140  milioni di dollari ). Funzionale da29 luglio 2008, questi tre cavi alternativi tripolari , con isolamento in polietilene XLPE , di 19  km e integranti 24  fibre ottiche ciascuno, hanno un diametro esterno di 235  mm e pesano più di 100  kg/m .

Nel 2012, 57  km di cavi sottomarini da 245  kV hanno collegato Belwind Phase 2 a Northwind e poi alla costa a Zeebrugge in Belgio .

Telecomunicazioni

I cavi sottomarini per telecomunicazioni installati tra il 1850 e il 1956 furono utilizzati per la rete mondiale di telegrafia via cavo , utilizzarono prima una tecnologia di cavi binari in rame puro isolati con guttaperca , poi coassiali dal 1933 grazie alla scoperta del polietilene .

I cavi telefonici sottomarini coassiali compaiono nel 1956 con TAT-1 , grazie allo sviluppo nel 1955 di amplificatori ( ripetitori ) a rigenerazione periodica del segnale e grazie allo sviluppo dei cavi coassiali portanti centrali a segnale modulato in frequenza .

I cavi digitali subacquei sono comparsi nel 1988 con la posa del cavo transatlantico TAT-8  (en) contenente due coppie di fibre ottiche . Attraverso cavi sottomarini distribuiti sul fondo degli oceani, la tecnologia digitale porta indifferentemente in tutti i continenti (eccetto l' Antartide ) l'interconnessione della rete Internet , della rete telefonica e delle reti televisive digitali professionali .

Negli anni 2010 circa il 99% delle comunicazioni intercontinentali (Internet e telefonia) è passato attraverso cavi sottomarini. Il loro numero è stimato intorno ai 250 nel 2013, 430 nel 2017.

Storico

XIX °  secolo
  • 1858 , il 5 agosto, su iniziativa di Cyrus Field , Charles Bright e John Brett, viene posato il primo cavo transatlantico tra Valentia ( Irlanda ) e Trinity Bay ( Terranova ), da due navi militari convertite in cavi, la Niagara e l' Agamemnon . In totale vengono posati 4.200  km di cavo, del peso di 7.000 tonnellate. Il cavo è costituito da un'anima composta da un trefolo di sette fili di rame puro inguainati con tre strati di guttaperca (12,2  mm di diametro). È armato con 18 fili ciascuno formato da sette fili di ferro, il tutto avvolto in un sottile strato di tela di catrame. Viene scambiato un messaggio inaugurale tra la regina Vittoria e il presidente Buchanan . La trasmissione del messaggio di 100 parole richiede 67 minuti. La linea funziona solo venti giorni, fino al 1 ° settembre Wildman Whitehouse  (a) , ingegnere della società Newall, pensando velocità di trasmissione, provoca la rottura del legame applicando una tensione di pila distruttiva.

Nel dicembre 1899, dopo aver testato con successo il dispositivo tra Marsiglia e Algeri, fu adottato il desiderio di sviluppare l'uso del dispositivo Baudot sui cavi sottomarini dell'Algeria.

Il dispositivo Baudot può essere utilizzato con due fili: un filo viene quindi utilizzato per la trasmissione e l'altro per la ricezione.

XX °  secolo
  • 1902-1903 , primo cavo telegrafico transpacifico, che collega gli Stati Uniti alle Hawaii , Guam e Filippine nel 1903. Creazione di un collegamento Canada, Australia, Nuova Zelanda, Fiji.
  • 1905l' amministrazione delle poste, telegrafi e telefoni (PTT) posa un cavo che collega la Francia (Brest- Petit Minou ) a Dakar - Yoff ( Senegal ). Fu posato in quattro spedizioni dalla nave portacavi François Arago . Consente la comunicazione con l' Africa occidentale e il Sud America tramite Dakar-Yoff. La sua gestione è affidata alla French South American Cable Company (SUDAM). È tagliato in1940, ristabilito e deviato alla stazione di Brest-Déolen in1945. È chiuso in1961.
  • 1917 , 21 I cavi transatlantici franco-inglese in servizio consentono teoricamente la trasmissione di 1,2 milioni di parole a settimana in entrambe le direzioni.
  • 1929 , 12 cavi transatlantici furono interrotti a sud di Terranova in seguito al terremoto di Grand Banks del 1929 il 18 novembre e alla frana sottomarina generata.
  • 1950 , primo collegamento telefonico sottomarino tra Key West ( Florida , Stati Uniti ) e Havana ( Cuba ). Ha una capacità di 24 circuiti e ciascuno dei due cavi contiene quattro ripetitori .
  • 1955 , sviluppo finale di amplificatori ripetitori sommersi che consentono collegamenti telefonici modulati a distanze molto lunghe.
  • 1956 , entrata in servizio della TAT1, il primo cavo telefonico transatlantico con tecnologia coassiale e modulazione di corrente e frequenza . Contiene 60 circuiti telefonici.
  • 1959, messa in servizio della TAT2, ( Penmarc'h Terre Neuve). Questa nuova stazione francese porta alla chiusura della vecchia stazione di Déolen a Locmaria-Plouzané (Francia).
  • 1960 -70, sviluppo del cavo portante centrale, creazione di nuove enclosure meccanici di ripetitori, la creazione di nuove macchine posa e miglioramento dei metodi di posa di controllo.
  • 1962 , posa dei cavi elettrici EDF Francia-Inghilterra denominati IFA dalla N/C Ampere del PTT.
  • 1965 , transistorizzazione dei ripetitori.
  • 1966 , l'ultimo cavo telegrafico Bay Roberts-Horto è stato scollegato.
  • 1985 , posa dell'ultimo cavo analogico di grande capacità Sea-Me-We 1 - Marsiglia - Singapore - 13.500  km in otto tratte - 1.380 canali telefonici. Loop il primo round della Terra.
  • 1988 , entrata in servizio di TAT8, il primo cavo transatlantico in fibra ottica (2 x 280 Mbit/s) equivalente a 40.000 circuiti telefonici.
  • 1990 , sviluppo della finestra 1550  nm , lunghezza d'onda nel vetro della fibra ottica che minimizza gli effetti di diffrazione. La larghezza di banda utile è aumentata a 12,5  THz (cioè 12.500  GHz ).
  • 1995 , generazione completamente ottica di collegamenti con lo sviluppo dell'amplificazione ottica in ripetitori utilizzando fibre drogate con erbio . Tecnica EDFA (Erbium Doped Fiber Amplified). Messa in servizio dei cavi transatlantici TAT12, TAT13 e TPC5 con amplificazione ottica e correzione degli errori. La capacità va dalla tecnologia fibra S560  Mbit/s a 60  Gbit/s .
  • 1998 , prima generazione del sistema di filtraggio ottico WDM (multiplexing della lunghezza d'onda in cui vengono trasmessi contemporaneamente più colori che trasportano ciascuno un segnale diverso). La capacità per coppia di fibre è compresa tra 20 e 40  Gbit/s . La posa del cavo AC1 USA-Germania con questa tecnica, con due fibre e 16 colori , porta 160  Gbit/s .
  • 1999 , 23 agosto, entrata in servizio di Sea-Me-We 3, il primo cavo con tecnologia WDM, collega tutti i paesi d'Europa e l'intero Oceano Indiano al Giappone . 40 atterraggi, 40.000  km , consentendo una capacità iniziale di 500  Mbit/s . La modularità delle apparecchiature terrestri che consente l'aggiornamento dei terminali senza intaccare la parte marittima, questo cavo ha ora una capacità di 130  Gbit/s per coppia di fibre, ovvero 260 volte la sua capacità iniziale.
  • 2000 , un ulteriore miglioramento della tecnologia EDFA , la capacità aumenta a 10  Gbit/s per colore, ovvero 160  Gbit/s per coppia di fibre.
XXI °  secolo
  • 2001 , messa in servizio del cavo TAT-14 , Stati Uniti - Gran Bretagna - Germania - Francia. Tecnica: amplificatori ottici EDFA ( Erbium Doped Fiber Amplifier ) su 64 colori, capacità: 5,12 terabit al secondo.
  • 2002 , mantenendo i terminali a 10  Gbit/s , i sistemi hanno multiplexato fino a 100 colori per coppia, una capacità dell'ordine di 1 terabit al secondo.
  • 2002 , posa del cavo Apollo , da Cable & Wireless , composto da due cavi (Apollo Nord e Sud), contenenti quattro coppie di fibre ottiche . Ogni cavo ha una capacità di trasmissione di 3,2 terabit al secondo .
  • 2005 , progettazione del sistema DWDM ( Dense Wavelength Division Multiplexing ). Tecnologia a 10  Gbps per colore con circa 100 colori per fibra.
  • 2010 , sistemi sottomarini con tecnologia a 40  Gbit/s che utilizzano rilevamento coerente, circa 100 lunghezze d'onda per fibra ottica.
  • Nel 2012 in fondo al mare c'erano un milione di chilometri di cavi in ​​fibra ottica.
  • Nel 2015 due progetti di cavi sottomarini riguardano Francia ed Europa:
    • Un cavo pacifico deve collegare la Polinesia francese alla Cina e al Sudamerica, senza passare per gli Stati Uniti.
    • Il cavo AEConnect deve collegare New York a Londra con una velocità di 52  Tbit/s .
  • Nel 2017/2018, completamento della costruzione e messa in servizio congiunta da parte di Microsoft e Facebook , di un cavo sottomarino in fibra ottica, che attraversa l'Oceano Atlantico per collegare Virginia Beach (Stati Uniti) a Bilbao (Spagna). Questo collegamento digitale rappresenta 6.600  km di cavi. Chiamato Marea , il cavo ha otto coppie di fibre e ha una capacità iniziale stimata di 160 terabit al secondo che può essere facilmente aumentata attraverso l'interoperabilità con più dispositivi di rete.
  • Ad aprile 2019, Google ha completato l'installazione del cavo Curie (nome scelto in onore di Marie Curie ) che collega Los Angeles a Valparaiso , con una velocità di 72  Tbps . La messa in servizio è prevista per il 2020.
  • Nel 2020, Google sta implementando, in collaborazione con Orange, il cavo Dunant previsto per l'estate 2020. Il nome è un omaggio a Henry Dunant , fondatore della Croce Rossa . Questo cavo sottomarino avrà una velocità di trasmissione di 300 terabit al secondo e collegherà, per oltre 6.600  km , Virginia Beach , sulla costa orientale degli Stati Uniti , a Saint-Hilaire-de-Riez , in Francia, una vicina cittadina des Sables -d'Olonne . Questo cavo Dunant installazione è significativo, con Marea e Curia, il luogo presa da GAFAM sulle reti via cavo sottomarino agli inizi del XXI °  secolo.
  • Google ha anche annunciato il 28 luglio 2020 che dispiegherà un nuovo cavo transatlantico per il transito di dati su Internet. La data di messa in servizio è prevista per l'attuale 2022. Questa nuova infrastruttura, denominata Grace Hopper , in omaggio all'informatico americano, collegherà New York a Bude nel Regno Unito ea Bilbao in Spagna. Sarà dotato di 16 coppie di fibre (da confrontare con le 12 coppie di fibre del cavo Dunant).
  • Nel 2021 un consorzio guidato da Facebook , Microsoft , Vodafone ha pianificato la realizzazione del cavo "Friendship" lungo 6600 km, che collegherà Lynn (Massachusetts) negli Stati Uniti, nel Regno Unito a Bude e in Francia, alla cittadina . le Porge vicino a Bordeaux (atterraggio del cavo affidata a arancione ). Il cavo deve essere costituito da 16 coppie di fibre e consentire un transito dati di 320  Tbit/s .

Posa di un cavo

Studi

Viene effettuato uno studio documentario per scegliere il potenziale tracciato del collegamento: studio di carte geografiche e batimetriche, leggi e regolamenti nelle aree attraversate, attività umane (pesca, zone petrolifere,  ecc .). La scelta degli approdi viene effettuata in base alla rete terrestre e all'ambiente marino nelle loro vicinanze.

Dopo aver mantenuto un tracciato sulla mappa, viene effettuata una missione di sondaggio utilizzando una nave oceanografica . Si studia un corridoio largo una decina di chilometri, definendo la batimetria dell'area al metro più vicino. Nelle aree soggette a inondazioni da 0 a 1.000  m di profondità, vengono prelevati campioni di carota per determinare la natura e la durezza del suolo. Lo studio di queste informazioni permette di scegliere il percorso finale, i tipi di cavi da utilizzare e le lunghezze necessarie per la fabbricazione. Viene effettuato un calcolo del gioco per tenere conto delle peculiarità del profilo inferiore e del tipo di cavo utilizzato. Un gioco insufficiente provoca sospensioni che aumentano il rischio di usura del cavo. Troppo gioco provoca loop nel cavo.

Imbarco

L'operazione di imbarco corrisponde al caricamento del cavo e dei ripetitori sulla nave.

Viene stabilito un piano di carico per distribuire il carico sull'operatore via cavo, ma soprattutto in base alle operazioni di posa da seguire, alla direzione di posa, all'ordine delle operazioni. Il cavo, estratto dall'impianto di fabbricazione da una macchina di trazione con pneumatici, viene avvolto manualmente nei vasi della nave. I ripetitori vengono caricati tramite gru e stoccati all'esterno del serbatoio su mensole in un'area climatizzata sul ponte di lavoro. Al termine dell'imbarco viene testato l'intero collegamento snodato (mediante ecometria , misura di resistenza, capacità, isolamento, test di trasmissione ottica OTDR (dall'inglese Optical Time Domain Reflectometer ) e consente di verificare il corretto funzionamento del collegamento prima dell'installazione .

atterraggio

Per atterrare un approdo ( si usa anche il termine approdo ), la nave si ancora sulla rotta prescelta il più vicino possibile alla costa. Il cavo viene trainato fino alla spiaggia, trasportato da palloni galleggianti. Quando arriva in spiaggia è saldamente ancorato e connesso alla rete terrestre. I subacquei rilasciano i palloncini in modo che il cavo atterri sul fondo.

Posa
  • Posa interrata: in zone sensibili alle cause di disturbo e quando la natura del fondo lo consente, il cavo viene interrato a circa 80  cm sotto terra ad una profondità compresa tra 20 e 1.500  m . La nave funivia traina un aratro che scava un solco. Il cavo viene svolto da questa stessa nave, passa attraverso l'aratro e si deposita nel solco.
  • Posa principale: al di fuori delle zone costiere della piattaforma continentale , la classica posa a "fondo profondo" viene eseguita utilizzando una macchina a fune installata sul ponte della nave. Estrae il cavo dai serbatoi di stoccaggio, ne controlla la lunghezza in funzione della velocità della nave e della lunghezza eccedente (lasco) necessaria per coprire al meglio il profilo del fondo. In caso di installazioni multiple che richiedono giunzioni intermedie, l'ultima parte installata viene posta su una boa prima del recupero e della giunzione della sezione finale .

Dopo il completamento della giunzione finale, la nave scarica le riserve del collegamento nel deposito designato dall'autorità di manutenzione.

Minacce e manutenzione

Minaccia

I cavi sottomarini possono essere messi fuori servizio da pescherecci , ormeggi di navi, correnti di torbidità ( valanghe sottomarine ) o getti brucianti da creste .

Sono anche soggetti a morsi di squalo , sia che questi siano causati dalla curiosità degli animali, sia perché captano le emissioni elettromagnetiche prodotte dai cavi grazie ai bulbi Lorenzini presenti nel loro muso, e attaccano pensando di avere a che fare con prede commestibili . Sono state sviluppate protezioni specifiche a base di kevlar per proteggere i cavi dai morsi di squalo.

I tagli erano, all'inizio del periodo telegrafico, dovuti all'uso di materiali semplici e alla posa di cavi direttamente sul fondo dell'oceano, piuttosto che seppellirli in zone vulnerabili. In tempo di guerra, i cavi vengono spesso tagliati anche dalle forze nemiche.

Anche i disastri naturali possono rappresentare una minaccia. Nel 2006, il terremoto che ha colpito Taiwan ha danneggiato nove cavi, richiedendo undici navi portacavi e quarantanove giorni per ripararli. Nel 2012, l'uragano Sandy ha interrotto diversi importanti collegamenti sulla costa orientale degli Stati Uniti. L'intera rete tra il Nord America e l'Europa è stata interrotta per ore.


Manutenzione e riparazione

Per riparare un cavo sottomarino, la nave portacavi draga il fondo con un rampino , testa ciascuna estremità, posiziona il lato sano su una boa e solleva l'altro in errore. In condizioni di mare profondo, il cavo deve essere fisicamente tagliato e ciascuna estremità viene riportata separatamente a bordo della nave. Una nuova sezione almeno pari al doppio dell'altezza dell'acqua viene inserita e saldata prima di essere appoggiata in basso a lato dell'asse del tracciato.

Un certo numero di porti vicino alle principali rotte via cavo sono diventati basi specializzate per la riparazione delle navi via cavo. Così Halifax , in Nuova Scozia , è stata la base a partire dall'inizio del XX °  secolo, una mezza dozzina di queste navi e che due di loro sono stati contattati per recuperare le vittime del naufragio del RMS Titanic .

Il lavoro di queste squadre ha contribuito molto al miglioramento delle tecniche di riparazione e posa, nonché allo sviluppo della posa interrata dei cavi mediante "aratri", un dispositivo destinato ad interrare gli stessi in aree sensibili.

Spionaggio

I cavi sottomarini non possono essere monitorati continuamente. Pertanto, esse costituiscono un'azione della leva per le organizzazioni di servizi segreti a partire dalla fine del XIX °  secolo . Spesso all'inizio delle guerre, le nazioni in guerra tagliano i cavi delle parti opposte per reindirizzare il flusso di informazioni verso i cavi monitorati. I maggiori sforzi di sabotaggio avvennero durante la prima guerra mondiale , quando le forze britanniche e tedesche tentarono sistematicamente di distruggere le comunicazioni internazionali opposte tagliando i loro cavi con navi di superficie o sottomarini . Durante la Guerra Fredda , dagli anni '70 e per dieci anni, la Marina degli Stati Uniti e la NSA riuscirono a mettere biscotti sui cavi dei sottomarini sovietici durante l' Operazione Ivy Bells .

Nel marzo 2013, tre subacquei sono stati arrestati dalla Marina egiziana nel porto di Alessandria , mentre cercavano di tagliare il cavo Sud-est asiatico-Medio Oriente-Europa occidentale-4 (SEA-WE-ME-4), che assicura la trasmissione di un terzo dei dati tra Europa ed Egitto.

Proprietari e cablatori

Altre considerazioni

Nel 2015 sono stati segnalati problemi di riservatezza e sicurezza delle comunicazioni via cavo sottomarino, a causa dell'intensa attività russa in prossimità di alcuni cavi.

Nel 2013, Edward Snowden ha rivelato che i servizi segreti britannici, come parte del programma Tempora , stavano catturando tutte le conversazioni e i dati che passavano attraverso il cavo transatlantico .

Nel 2019 le autorità pubbliche americane cercano di bloccare un progetto di cavo sottomarino (denominato Pacific Light Cable Network ), attualmente in fase di realizzazione e finanziamento da Google , Facebook e un partner cinese (Dr Peng Telecom & Media Group), nell'ambito di un valutazione della sicurezza che potrebbe portare a una revisione delle regole per le connessioni Internet tra Stati Uniti e Cina. Il parere afferma: "Se gli Stati Uniti respingessero la richiesta di Pacific Light, sarebbe la prima volta che rifiutano una licenza per cavi sottomarini per motivi di sicurezza nazionale". Una mossa del genere potrebbe significare che i regolatori prendano una posizione nuova e più dura sui progetti cinesi” .

Note e riferimenti

Riferimenti

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Appunti

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Vedi anche

Bibliografia

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  • Ainissa Ramirez, "  La saga del primo cavo transatlantico  ", Pour la science , n o  473,marzo 2017, pag.  72-77

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