Câbles optiques sous-marin

Comment fonctionne un câble optique sous-marin ?

Les technologies optiques des câbles sous-marin consistent à envoyer des informations sous la forme d’impulsions lumineuses le long d’une fibre, ce qui donne accès à des débits supérieurs aux technologies analogiques.

En quelle année le premier câble optique sous-marin a-t-il été mis en place ?

Le premier câble transatlantique optique (TAT 8) a été mis en service en 1988 entre les Etats-Unis, la France et la Grande-Bretagne. Entre 1988 (TAT 8) et 2002 (APPOLO), les capacités de câbles sous-marins similaires seront multipliées par un facteur 5 000 (et par un facteur 40 000 sur période de référence plus large, de 1988 à 2009).

Au cours du 20^e siècle, les capacités des câbles optiques, couplées à leur rapidité d’évolution, amèneront à abandonner prématurément tous les câbles analogiques. Les satellites de transmission, jusqu’alors utilisés en complément des câbles analogiques, seront également dépassés, avant d’être réservés à certains secteurs (télévision, services téléphoniques des zones peu denses…).

Les réseaux hertziens intercontinentaux seront également progressivement marginalisés. Grâce à l’utilisation de technologies optiques, les câbles sous-marins ont rapidement assuré 99% des échanges intercontinentaux de données.

Les câbles optiques sous-marins présentent des capacités de transport exponentielles

Un câble optique sous-marin est composé d’une gaine de protection (1 et 2 sur le schéma ci-dessous), d’une armature métallique (3, 4, 5 et 6), d’une gaine isolante (7) et de paires de fibres optiques (8).

Coupe d’une fibre optique de câble sous-marin et description du trajet des données

Chaque paire de fibre optique est activée grâce à des multiplexeurs. Un multiplexeur est un appareil qui découpe et qui code chaque donnée entrante sous forme de rayons lumineux, injectés dans la fibre à des longueurs d’onde distinctes (jusqu’à 160 longueurs d’ondes ou « couleurs » au début des années 2000. La paire de fibre optique transmet ensuite ces longueurs d’onde, jusqu’à un démultiplexeur. Cet appareil récupère le signal et le retraduit sous forme de données exploitables par le segment terrestre.

Les longueurs d’ondes lumineuses sont transmises au travers d’une fenêtre, c’est-à-dire via un intervalle de fréquences (on parle aussi de « bande passante »). Toute bande passante présente plusieurs caractéristiques :

• L’atténuation du signal : mesure la déperdition de signal à chaque km parcouru.
• La largeur de bande : mesurée en nm, elle est proportionnelle à la capacité accessible sur un système de transmission, mesurée en bit/s.
• Le débit : représente les capacités transmises sur chaque couleur (2,5 à 400 Gbit/s).

En 2014, la plupart des réseaux longue distance utilisent des fenêtres de 1 550 nm de large, ce qui permet de limiter la déperdition tout en assurant une capacité de transmission conséquente.

La capacité d’un câble sert à estimer la quantité de données qu’il peut transmettre. Elle se mesure classiquement par tranches de débits :

• E1 : 2Mbit/s
• DS3 : 45 Mbit/s
• STM1 : 155 Mbit/s
• STM4 : 622 Mbit/s
• STM16 : 2 500 Mbit/s
• STM64 : 10 000 Mbit/s

Quelle est l'efficacité de transmission d'un câble sous-marin ?

L’efficacité des transmissions dépend du nombre de couleurs transitant sur chaque fibre optique. Ce nombre varie selon le type de multiplexeur utilisé : les multiplexeurs SDH (Synchronous Digital Hierarchy) permettent de multiplexer temporellement les ondes ; les multiplexeurs type « WDM » (Wavelenght Division Multiplexing) permettent de multiplexer les fréquences d’ondes. En pratique, l’utilisation complémentaire de ces technologies améliore significativement les capacités des fibres optiques :

• Le WDM-SDH classique multiplexe 4 à 16 longueurs d’onde, pour 2,5 à 10 Gbit/s par couleur. Ex : le câble optique sous-marin SEA-ME-WE3, qui connecte l’Europe, le Moyen-Orient, l’Asie du Sud et l’Australie, mobilise 8 longueurs d’onde.
• Le CWDM (Coarse WDM) est une technologie similaire au WDM, permettant une maîtrise des coûts d’exploitation.
• Le DWDM (Dense WDM) et le UDWDM (Ultra-Dense WDM) permet un multiplexage d’un grand nombre de longueurs d’ondes, pour 10 à 40 Gbit/s par couleur. Ex : le câble Tangerine, entre la France et l’Angleterre, mobilise 96 longueurs d’ondes.
• Le High Capacity WDM multiplexe jusqu’à 64 longueurs d’ondes, à une capacité maximale de 400 Gbit/s par couleur. Ex : la liaison expérimentale Paris-Lyon, qui mobilise 44 longueurs d’ondes pour une capacité activable de 17,6 Tbit/s.

Il est théoriquement possible de transporter sur une paire de fibre optique des capacités importantes, mesurées en Tbit/s. Cependant, les grands câbles sous-marins intercontinentaux présentent des capacités disponibles allant de quelques dizaines à quelques milliers de Gbit/s. Cette différence entre pratique et théorie trouve plusieurs explications techniques et/ou économiques :

• L’obsolescence technique de certains câbles sous-marins (les coûts de modernisation sont importants, alors que chaque infrastructure ne dispose d’une durée de vie que de 25 à 30 ans).
• L’absence de débouchés suffisamment attractifs ou le manque de concurrence locale (les gestionnaires ne sont pas incités à utiliser le plein potentiel de leurs infrastructures et/ou des nouvelles technologies à leur disposition).
• L’atténuation du signal sur de très longues distances.

Opérateurs : une meilleure sécurisation des routes optiques

Un câble optique sous-marin n’assure que rarement, à lui seul, l’acheminement du trafic depuis un territoire des Outre-mer jusqu’aux nœuds d’échanges de l’internet mondial.

Il est donc nécessaire pour les opérateurs de procéder à l’interconnexion de leur trafic avec d’autres câbles sous-marins ; ces interconnexions forment des routes optiques jusqu’à des nœuds de livraison et d’échange (GIX).

Ces interconnexions et la création de ces routes optiques sont obtenues soit dans le cadre d’un achat direct, soit par l’échange de capacités d’un câble sous-marin à un autre, et permettent de définir des itinéraires redondants et sécurisés d’acheminement du trafic. Si un seul câble sous-marin atterrit sur un territoire (à l’exemple de la situation de Mayotte ou la Guyane à 2014), cette redondance ne pourra être mise en œuvre sur l’ensemble de la route optique.

Le déploiement d’un câble optique sous-marin requiert d’importants moyens

L’installation, la maintenance et l’exploitation de câbles optiques sous-marins nécessitent une importante mobilisation de moyens techniques, humains et financiers.

La mise en place d’un câble optique sous-marin comporte deux opérations complexes :

• La préparation de la mise en place du câble, qui nécessite :
  - Plusieurs milliers de kilomètres de câbles,
  - Une campagne hydrographique sur l’ensemble des trajets envisagés,
  - Une étude des fonds sur cette même zone,
  - Le choix des tracés finaux.
• Le déploiement du câble exige un travail particulièrement long et minutieux d’ensouillage ou d’ancrage.

Le modèle économique des câbles optiques sous-marins

Le financement, l’établissement et l’exploitation de câbles optiques sous-marins constituent des opérations complexes et risquées :

• Un câble optique sous-marin représente un investissement conséquent, les coûts de déploiement étant supérieurs aux réseaux optiques longue distance terrestres, notamment du fait de la technicité requise des opérations (études de fonds marins, opérations d’ensouillage, gestion de l’extra-territorialité pour l’implantation des stations d’atterrissement…).
• La maintenance des câbles optiques sous-marins mobilise d’importants moyens techniques, matériels et humains. La contrainte principale réside dans l’astreinte permanente de navires-câbliers spécialisés, en mesure d’intervenir à la première avarie et d’assurer la réparation de l’infrastructure.
• D’un point de vue commercial, le gestionnaire de câble sous-marin s’expose au risque de concurrence par ses propres clients (notamment dans le cas où ceux-ci ont acquis des fibres noires ou des circuits de grande capacité).

Trois modes de mise à disposition des capacités d’un câble optique sous-marin

La commercialisation d’un câble sous-marin peut être réalisée selon différents modes de mutualisation alternatifs :

• La mise à disposition de fibre noire : ce type de mutualisation n’est techniquement possible que sur des câbles sans répéteurs. L’acheteur doit ensuite assurer l’activation des fibres pour ses propres besoins.
• La mise à disposition de circuits de bande passante ou de longueur d’onde, pour des débits allant de 2 Mbit/s à 10 Gbit/s. Ces circuits correspondent aux modes classiques de partage des capacités entre membres des consortiums de câbles sous-marins.
• La mise à disposition de circuits de transit IP : de façon marginale, limitée et ponctuelle, des opérateurs locaux peuvent louer des services de connectivité, intégrant l’adressage de paquets IP.

L'expertise Tactis en matière de câbles optiques sous-marin

Tactis dispose d’un expertise reconnue depuis plus de 20 ans dans ce domaine aussi bien auprès des opérateurs de télécommunications, consortiums de câbles sous-marins, autorités gouvernementales, régulateurs, investisseurs et grands bailleurs financeurs. Tactis est d’abord intervenu sur des projets en Europe, dans l’Ocean Indien, puis en Méditerranée, dans la zone Caraibes, Amériques (Nord et Sud) et depuis quelques années pour des projets propres au continent africain. Au total, nos équipes sont intervenus sur plus d’une vingtaine de projets ces dernières années.

Pour les projets de câble sous-marins, Tactis mène des études de marché, étudie la faisabilité technique et économique, accompagne la définition des spécifications techniques d’un projet, la recherche des financements, le montage du projet, les cahiers des charges techniques et la négociation avec les constructeurs, le suivi du déploiement et de la mise en service, l’audit/expertise suite à des incidents d’exploitation (coupures notamment) et suivi de remise en service.

Câbles sous-marins (liste des acronymes) :

• SAFE (South Africa Far East).
• LION 1 (Lower Indian Ocean Network
• LION 2 (Lower Indian Ocean Network 2).
• Americas II.
• GCN (Global Caribbean Network).
• MCN (Middle Caribbean Network).
• SSCS (Saba Statia Cable System).
• SMPR-1 (Saint-Marteen Puerto-Rico Network 1).
• ECFS (East Caribbean Fiber System)