Qu'est-ce qu'un câble sous-marin ? La fibre sous-marine expliquée

Notre monde sans fil dépend de quelques centaines de câbles en fibre posés au fond de l'océan

Bien que nous vivions dans un monde de plus en plus sans fil, cette connectivité dépend des fils sous l'océan.

Les câbles sous-marins ou sous-marins sont des câbles à fibre optique qui relient les pays du monde entier via des câbles posés au fond de l'océan. Ces câbles, souvent longs de plusieurs milliers de kilomètres, sont capables de transmettre rapidement d'énormes quantités de données d'un point à un autre.

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Un câble sous-marin est un câble à fibre optique posé dans l'océan, reliant deux points d'atterrissage ou plus.

Rarement beaucoup plus larges qu'un tuyau d'arrosage, les câbles d'aujourd'hui comprennent généralement les fibres optiques qui transportent les informations, qui sont ensuite recouvertes de gel de silicone, puis gainées de différentes couches de plastique, de câblage en acier, de cuivre et de nylon afin d'isoler Protégez le signal et protégez le câble contre les dommages causés par la faune, les ancres et la pêche, ou les intempéries et autres événements naturels.

Les câbles sont posés à l'aide de navires spécialement modifiés à cet effet, transportant et posant lentement l'infrastructure « usine humide » sur le fond marin. Ces navires spéciaux peuvent transporter des milliers de kilomètres de câble optique vers la mer. Une charrue sous-marine spéciale est également utilisée pour creuser et enterrer les câbles sous-marins le long du fond marin plus près des côtes où les activités navales, telles que l'ancrage et la pêche, sont les plus répandues et pourraient endommager les câbles sous-marins.

"Nous avons des câbles sous-marins depuis plus de 150 ans", explique Gil Santaliz, fondateur et PDG de la station d'atterrissage de câbles du New Jersey NJFX, "et ils ont vraiment été un moyen de communication entre les pays et les continents".

"L'application la plus basique consiste à communiquer ce qui se passe dans une partie du monde à une autre, mais nous avons transformé cela pour permettre aux applications d'exister dans plusieurs pays en même temps, pour améliorer les performances des applications et pour trouver des solutions respectueuses de l'environnement. des endroits où vous pouvez exécuter des applications avec une empreinte carbone nulle tout en profitant de l'application dans le pays où ils n'ont pas cette ressource. »

Les travaux visant à démontrer le potentiel des câbles sous-marins ont commencé dans les années 1840, lorsque Samuel Morse, l'inventeur du code Morse, a immergé un fil isolé avec du chanvre goudronné et du caoutchouc indien dans l'eau du port de New York et l'a télégraphié en 1842.

Le premier câble commercial a été posé en 1850, lorsque la English Channel Submarine Telegraph Company a posé un câble télégraphique entre l'Angleterre et la France. Il a été coupé des semaines plus tard par des pêcheurs pensant qu'il s'agissait d'algues. Une société successeur, la Submarine Telegraph Company, a posé un deuxième câble l'année suivante et d'autres câbles reliant les îles britanniques à l'Europe continentale ont suivi.

En 1854 et achevé en 1858, le câble télégraphique transatlantique - qui allait de Valentia dans l'ouest de l'Irlande à Bay of Bulls, Trinity Bay, Terre-Neuve et fut le premier à traverser l'Atlantique - fut posé par l'Atlantic Telegraph Company. Il n'a fonctionné que trois semaines avant de se casser au-delà de toute réparation.

Le premier télégramme officiel à passer entre deux continents - à raison d'un seul caractère toutes les deux minutes - était une lettre de félicitations de la reine Victoria du Royaume-Uni au président des États-Unis James Buchanan le 16 août. Suite à la détérioration progressive du signal, le câble a été détruit après l'application d'une tension excessive pour essayer d'augmenter la force de transmission. Alors qu'il n'a fonctionné que pendant une courte période, il a montré que la communication intercontinentale était possible et un deuxième câble a été posé en 1865.

Les premiers câbles transpacifiques ont été achevés en 1902 et 1903, reliant le continent américain à Hawaï en 1902 et Guam aux Philippines en 1903.

Le premier câble téléphonique sous-marin, TAT-1, a été posé entre 1955 et 1956. Un projet conjoint entre la poste britannique (dont BT a fait partie pendant plusieurs années), la société américaine de téléphone et de télégraphe (aujourd'hui AT&T) et la Société canadienne des télécommunications outre-mer, il était capable de transporter 35 appels téléphoniques simultanés.

Le huitième câble de communication transatlantique, TAT-8, a été le premier câble sous-marin à fibre optique. Construit en 1988 par un consortium d'entreprises mené par AT&T, France Télécom et British Telecom, le câble pouvait transporter 280 Mbits par seconde. Il a été retiré en 2002.

Aujourd'hui, plus de 400 câbles sous-marins sont en service. Certaines îles voisines reliées peuvent mesurer moins de 50 miles de long. D'autres, traversant le Pacifique, peuvent atteindre plus de 10 000 milles de longueur. Certains relient des points uniques à travers un plan d'eau, d'autres ont plusieurs points d'atterrissage reliant plusieurs pays.

L'Antarctique est le seul continent qui n'est pas encore atteint par un câble de télécommunications sous-marin, bien qu'un câble soit envisagé pour améliorer la connectivité des chercheurs de la région.

Après avoir choisi l'itinéraire souhaité, les navires spécialisés commencent les travaux de pose du câble, qui est déposé au fond de l'océan. Ces navires tiennent des bobines géantes de câbles avant de les dérouler lentement et avec précision et de les poser sur le fond de l'océan. Lorsque les câbles commencent à s'approcher de la terre, les câbles sont souvent enterrés dans des tranchées créées par des charrues sous-marines afin de les protéger des dommages.

Bien qu'il y ait eu 16 cas d'enchevêtrement de baleines avec des câbles télégraphiques sous-marins signalés avant 1966, aujourd'hui les câbles interfèrent rarement avec la faune locale une fois posés, bien qu'ils permettent parfois aux anémones et autres de se fixer dans une zone où ils ne pourraient autrement pas régler.

Les requins sont connus pour mordre occasionnellement les câbles sous-marins – peut-être attirés par les signaux électriques – plus récemment par Google en 2014. Mais de tels événements sont rares et peuvent être contrés par un blindage supplémentaire des câbles.

L'année dernière, plus de 500 000 pétoncles ont été déplacés afin qu'un câble en fibre puisse être posé sur le fond marin au large de Port Erin et Port Grenaugh, sur l'île de Man dans les îles britanniques. Le câble de télécommunication Havhingsten de 584 milles (940 km) reliera l'île à l'Irlande, au Royaume-Uni et au Danemark.

Les câbles contiennent un certain nombre de répéteurs, qui amplifient le signal sur toute la longueur du câble environ tous les 100 km. À chaque extrémité, les câbles atteignent la terre dans une station d'atterrissage de câble, d'où les données sont acheminées vers leur emplacement final.

« Les câbles à fibres optiques tirent parti du multiplexage par répartition en longueur d'onde dense (DWDM), une technologie dans laquelle plusieurs longueurs d'onde – chacune fonctionnant à des taux de centaines de gigabits par seconde – permettent de maximiser la capacité de transport d'informations d'un câble sous-marin », explique Brian Lavallée, senior directeur du marketing des solutions de la société de télécommunications et de réseaux Ciena. "Les amplificateurs optiques, qui sont encore appelés répéteurs dans l'espace des réseaux sous-marins, amplifient ces signaux à intervalles réguliers lorsqu'ils traversent leurs routes transocéaniques."

De la même manière que OpenRAN et les conteneurs créent une plus grande désagrégation entre les composants, Lavallée affirme que l'introduction d'Open Cables et la désagrégation de SLTE à partir de la " centrale humide " signifie que les systèmes de câbles peuvent être mis à niveau plus régulièrement et une plus grande diversité de choix lors de la sélection de nouveaux Composants.

"Le modèle Open Cables a permis à de nombreux nouveaux fournisseurs de mise à niveau de rejoindre l'industrie des réseaux sous-marins, et les opérateurs de câbles sous-marins ont compris et apprécié les avantages d'un choix plus large de technologies et de fournisseurs SLTE. Les systèmes sous-marins, tels que Southern Cross, sont désormais capables de plus plus de 80 fois leur capacité de conception d'origine avec des mises à niveau vers la technologie SLTE."

À chaque extrémité d'un câble se trouve une station d'atterrissage de câble ; tout comme un centre de données "normal", il abrite d'importants équipements de réseau qui alimentent le câble et contrôlent ses opérations.

"Traditionnellement, l'équipement terminal de ligne sous-marine (SLTE) et l'équipement d'alimentation électrique (PFE) d'un système de câble sous-marin étaient installés à la station d'atterrissement du câble", explique Lavallée. "Dans certains cas, le PFE est installé dans une station d'atterrissage de câble, tandis que le SLTE est installé dans un autre endroit à l'intérieur des terres, comme un bureau central ou, de plus en plus, un centre de données."

Bien que la capacité des câbles existants ne cesse d'augmenter, le câble Virginie-France Dunant de Google est actuellement le câble de plus grande capacité, capable de 250 térabits par seconde.

Santaliz dit que si la capacité Internet par satellite augmente tandis que les coûts baissent, les systèmes terrestres et sous-marins explosent.

"Ils grandissent de manière exponentielle plus vite que même les gars du satellite et poussent de plus en plus à travers ces fibres que tout le monde n'aurait jamais cru possible", dit-il. "Il y a un an et demi, un système à 8 paires était un gros problème, et avant ce système à quatre paires. Aujourd'hui, ils font des systèmes à 24 paires, et ils ne vont pas seulement de A à B, ils vont de A à B à C à D à E

"Je dirais que dans les quatre prochaines années, vous verrez des systèmes pétabit traverser l'océan Atlantique", prédit Santaliz.

Après un essai en début d'année, le câble transatlantique MAREA a vu sa capacité potentielle passer de 200 Tbps à 224 Tbps. Le projet conjoint Microsoft-Facebook a été initialement conçu avec une capacité de 160Tbps.

En juillet, TPG Telecom a annoncé son intention de mettre à niveau son câble sous-marin PPC-1 entre Sydney et Guam, augmentant la capacité de données du câble de 50 % en utilisant le produit ICE6 800G d'Infinera de 8 térabits par seconde actuellement à 12 térabits par seconde.

Des chercheurs japonais ont récemment atteint un nouveau record de transmission de données, envoyant des informations à un débit de 319 térabits par seconde.

Les câbles appartenaient traditionnellement à des entreprises de télécommunications du consortium qui s'unissaient pour répartir les coûts de fabrication et de déploiement d'un câble en échange de la possibilité d'utiliser une partie de la bande passante du câble. Aujourd'hui, les entreprises cloud et hyperscale telles que Facebook, Google, Microsoft et Amazon investissent de plus en plus dans les câbles sous-marins, à la fois dans le cadre de consortiums traditionnels et de projets privés.

Comme toute autre infrastructure numérique, les câbles peuvent être achetés et vendus ; Hawaiki Submarine Cable a été acquis en juillet par une filiale du géant du transport maritime BW Group pour un montant de 445 millions de dollars. Et comme toute autre infrastructure numérique, le principal risque d'un câble est une panne inattendue.

Les pannes de fibre sur terre sont assez courantes; les câbles et les équipements peuvent être mangés par les rongeurs – c'est arrivé récemment en Australie et en Nouvelle-Zélande – ou coupés par les travaux de construction. Même les vaches marchant sur un câble à fibres optiques hors sol provoquaient autrefois des pannes intermittentes.

Bien que les câbles sous-marins ne soient pas menacés par les vaches ou la construction, les risques pour les câbles sous-marins existent. Les câbles sous-marins ont une plus grande tolérance aux pannes que la fibre terrestre, mais les problèmes qui surviennent peuvent être coûteux, difficiles et lents à résoudre en raison du temps et des efforts nécessaires pour atteindre puis remonter les câbles à la surface.

"Les caractéristiques sont très différentes sur le potentiel d'impact d'un câble sous-marin vers un câble terrestre", explique Santaliz. "Un câble terrestre a 100 fois plus de chances d'avoir quelque chose qui ne va pas avec lui qu'un câble sous-marin, mais pourtant le correctif sur un câble terrestre peut prendre des jours alors qu'un environnement sous-marin peut prendre des semaines."

"Vous pourriez avoir un problème avec votre câble sous-marin d'un côté - connu sous le nom de défaut de shunt - mais il est toujours opérationnel et il faudrait un autre événement pour que ce câble ait réellement un problème où il ne pourrait pas fonctionner. Vous pouvez tolérer un shunt faute, mais ensuite vous dites à vos navires de se préparer à faire face à cela d'une manière coordonnée et planifiée. »

"Mais le coût se chiffre en millions lorsque vous commencez à traiter avec un câble fixe ou sous-marin, où les systèmes de câbles terrestres seront des dizaines de milliers à réparer."

Il y a, en moyenne, environ 100 défauts de câbles par an. Alors que les animaux et les événements naturels sont à l'origine de certains incidents, la grande majorité des dommages aux câbles sont causés par les activités de pêche et de navigation.

Réparer un câble endommagé prend énormément de temps ; une fois qu'un défaut est localisé, un navire doit naviguer dans la zone, trouver et soulever le câble - les deux extrémités s'il est complètement coupé - jusqu'à la surface souvent via une corde et un grappin ou un robot submersible. Cela peut prendre plus d'une journée pour soulever un câble du fond de l'océan à des profondeurs plus profondes. Toute longueur de câble endommagée est retirée, puis le câble est réépissé, scellé avec des adhésifs et un joint, puis redescendu au fond de l'océan.

Plus tôt cette année, GTT Communications a déposé une injonction contre des pêcheurs locaux en Irlande pour les empêcher de pêcher au chalut près de deux de ses câbles sous-marins au large de Kilmore Quay dans le comté de Wexford.

En août, le câble Vocus Australia Singapore a été rompu à «plusieurs endroits à des profondeurs difficiles» au large de Perth, en Australie. Bien que Vocus n'ait jamais officiellement déclaré la cause, le câble aurait été brisé par l'ancre d'un navire. Le câble a été réparé et déclaré opérationnel 12 jours plus tard.

Les câbles peuvent également être rompus par des événements naturels. En janvier 2020, deux câbles sous-marins au large de l'Afrique de l'Ouest ont été endommagés par des glissements de terrain sous-marins potentiellement causés par les inondations du fleuve Congo.

"Les causes naturelles ne représentent qu'environ 10 % des défaillances", explique Lavallée de Ciena, "mais lorsqu'elles se produisent, elles ont tendance à rompre les câbles à plusieurs endroits, ce qui peut causer des problèmes dans toute une région".

"Nous avons vu cela se produire à quelques reprises, en 2006 et 2009 au large de Taïwan, et en 2011 au large du Japon [à la suite de tremblements de terre]."

Santaliz explique qu'il y a deux fins de vie d'un câble ; il y a une fin de vie physique où il ne fonctionne plus et doit être retiré, et la fin de vie économique où il ne vaut pas la peine de faire fonctionner un câble qui fonctionne encore.

"Vous pouvez avoir un câble qui a été dans l'eau pendant 18 ans, mais parce qu'un nouveau système est construit avec des atterrissages très similaires, la durée de vie économique de l'ancien système n'est pas viable", explique-t-il. "Ils ne peuvent donc pas rivaliser pour des raisons commerciales, donc même si le câble fonctionne toujours, ils l'éteindront probablement prématurément car cela ne vaut tout simplement pas la peine de le garder."

Le coût de l'entretien d'au moins deux points de câble, du personnel et de la réparation du câble au besoin représente tous des coûts fixes qui rendent plus difficile la concurrence si un câble avec plus de capacité suit des itinéraires et des points d'atterrissage similaires aux câbles existants.

Une fois qu'un câble est retiré, cependant, peu d'efforts sont souvent déployés pour le récupérer. Bien que le cuivre soit précieux, il est peu probable qu'il récupère le coût de la récupération d'un câble. Et tandis que beaucoup diraient que laisser un câble se détériorer dans l'océan à long terme est nocif, déterrer un câble pourrait également perturber toute vie marine dans la région. La relocalisation des câbles est techniquement possible, mais se produit rarement.

Santazli s'attend cependant à ce qu'à l'avenir, il pourrait bien y avoir plus de mandats autour de la récupération des câbles sous-marins pour des raisons environnementales, au moins dans les eaux territoriales d'un pays.

"C'est une question économique aujourd'hui, mais les écologistes deviennent beaucoup plus actifs pour exiger que nous y réfléchissions. Certains États américains vont exiger qu'au moins pour nos frontières, vous ne laissiez pas ce câble pourrir."

En mai, Subsea Environmental Services et Red Penguin Associates ont annoncé qu'ils avaient été sélectionnés pour mettre hors service le système de câble de télécommunications transatlantique TAT-14 de 15 428 km, vieux de 20 ans. La phase de planification du projet aurait duré près d'un an, les travaux à terre aux États-Unis, au Royaume-Uni, en France, au Danemark et aux Pays-Bas devant être achevés d'ici la fin de 2021.

À mesure que la technologie du câble s'est améliorée et que les coûts ont baissé, les pays éloignés qui devaient autrefois compter sur le satellite ou sur une infrastructure plus lente voient rapidement une augmentation massive de la capacité du câble local. En mars, il a été annoncé que les îles Galapagos allaient obtenir une nouvelle liaison sous-marine vers l'Équateur offrant une bande passante allant jusqu'à 20 térabits par seconde (Tbps), multipliant par dix la capacité actuelle des îles.

Cependant, les décisions concernant les itinéraires des câbles et les participants doivent de plus en plus être prises avec des concessions aux retombées politiques et réglementaires potentielles.

Si la pose de la fibre terrestre peut souvent être un enjeu politique, c'est généralement parce que les particuliers et les entreprises en demandent davantage à leurs représentants locaux. Avec les câbles sous-marins, cependant, leur nature transnationale signifie que les relations internationales peuvent affecter où un câble est posé et quelles entreprises sont impliquées. Les relations internationales glaciales, en particulier entre les États-Unis et la Chine, signifient que de nombreux câbles proposés sont repensés ou même complètement annulés.

Plus tôt cette année, le câble sous-marin de la Micronésie orientale, qui devait relier les nations insulaires du Pacifique de Nauru, Kiribati et les États fédérés de Micronésie (FSM), a été abandonné pour des raisons politiques. Il a été signalé que le projet dirigé par la Banque mondiale avait refusé d'attribuer le contrat plutôt que de le laisser aller à la société de câblodistribution chinoise HMN Technologies par crainte de sécurité nationale. Nauru négocie avec l'Australie pour construire un câble qui relierait l'île au système Coral Sea Cable à la place.

L'année précédente, un câble entre Hong Kong et les États-Unis avait été annulé en raison de relations aigries. Le câble Hong Kong Americas (HKA) dirigé par Facebook a été annoncé pour la première fois en 2018, avec un consortium de Tata Communications, Telstra et la société d'État chinoise China Unicom et China Telecom Global Limited tous impliqués. Facebook a retiré sa demande FCC au milieu des "inquiétudes persistantes du gouvernement américain" concernant les liens de communication directs entre les deux pays.

Facebook, avec Amazon, avait précédemment retiré une application pour le système de câble express Bay-to-Bay, qui aurait relié Singapour, la Malaisie, Hong Kong et les États-Unis, pour des raisons similaires. Bien qu'en tant que substitut potentiel, les deux sociétés cherchent à développer le câble CAP-1 Philippines-Californie sans le partenaire annoncé précédemment China Mobile pour éviter les problèmes avec les régulateurs.

Le Pacific Light Cable Network (PLCN), un projet de Google et Facebook visant à relier directement Los Angeles à la Chine et à Hong Kong, a été réduit pour des raisons similaires à celles du système B2BE. Peut-être en remplacement, les sociétés ont récemment annoncé un projet de câble américano-singapour appelé Echo aux côtés du câble Japon-Singapour Apricot, qui évitent tous deux la Chine.

Les câbles existants sont également des problèmes politiques potentiels. Au Royaume-Uni, le ministère de la Défense a récemment déclaré que la Royal Navy devait construire un nouveau navire de surveillance pour aider à protéger les câbles sous-marins Internet du pays. La surveillance océanique multirôle comprendra une multitude de capteurs et un certain nombre de drones sous-marins télécommandés et autonomes pour rechercher les interférences étrangères des câbles sous-marins, y compris les efforts pour couper ou exploiter la fibre.

Le ministère de la Défense a affirmé que la Russie "investissait et développait d'importantes capacités sous-marines, y compris des capacités en haute mer qui peuvent menacer les câbles sous-marins".

Le câble Oman Australia Cable (OAC) de 9 800 km (6 000 mi), qui devrait être entièrement connecté d'ici la fin de 2021, reliera la capitale d'Oman, Mascate, à Perth sur la côte ouest de l'Australie. Sub.co a déclaré que le tracé du câble était prévu pour éviter d'éventuels événements météorologiques extrêmes et contourner les eaux territoriales contestées telles que le détroit de Sunda et la mer de Chine méridionale.