SOMMAIRE

Cahier des charges pour la réalisation de
tests optiques MEUST
Version provisoire
Version applicable
N° doc et lien (EDMS) : I-, https://edms.in2p3.fr/document/I-031377
Autre numéro (option) :
Objet : Ce document présente le schéma générique, la configuration
MEUST et les attendus pour cette réalisation
CPPM - 163, av. de Luminy - Case 902 - 13288 Marseille cedex 09 - Tél : (33) 04 91 82 72 00 - Fax : 04 91 82 72 99
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MEUST: CdC banc de test optique
In
A
B
C
D
Date
Rédacteur
15/11/2012 P. Lamare
12/11/2013 P. Lamare
Vérificateur Approbateur
SOMMAIRE DES EVOLUTIONS
Mise à jour suite abandon REAM
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MEUST: CdC banc de test optique
SOMMAIRE
1. INTRODUCTION ................................................................................................. 4
2. ABREVIATIONS .................................................................................................. 4
2.1. INFRASTRUCTURE SOUS-MARINE ............................................................................... 4
2.1.1. Architecture sous-marine.................................................................................................... 4
2.2. CONFIGURATION DES LIGNES DE DETECTION ......................................................... 5
2.3. SYSTEME DE TRANSMISSION DE DONNEES .............................................................. 5
3. TRAVAUX DEMANDES ..................................................................................... 7
3.1. LIMITE DE FOURNITURE ................................................................................................. 7
3.2. LISTE DES TRAVAUX ....................................................................................................... 7
4. CALENDRIER PREVISIONNEL ...................................................................... 7
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MEUST: CdC banc de test optique
1. INTRODUCTION
Le projet MEUST a pour objectif de développer une plateforme scientifique et technologique
ouverte à l’international et intégrée dans les réseaux européens de télescopes à neutrinos
KM3NeT et d’observatoires sous-marins EMSO. Cette infrastructure alliera les techniques
d’observation du milieu marin avec le développement d’un télescope à neutrinos de nouvelle
génération de taille kilométrique, successeur d’ANTARES. Elle sera installée par 2500m de
profondeur, à environ 45km au large de Toulon en Mer Méditerranée.
2. ABREVIATIONS
ANTARES: Astronomy with a Neutrino Telescope and Abyss environmental RESearch
DOM : Digital Optical Module
DWDM : Dense Wavelength Division Multiplexing
DU : Detection Unit
MEOC: Main Electro Optical Cable
MEUST: Méditérranean Eurocentre for underwater Sciences and Technologies
PMT : Photomultiplicateur
VEOC : Vertical Electro-Optical Cable
2.1. INFRASTRUCTURE SOUS-MARINE
2.1.1. Architecture sous-marine
L’infrastructure pour le télescope est basée sur un réseau en anneau, évolutif, jusqu’à 2 branches
de 3 nœuds (Figure 1) permettant de connecter au moins 120 lignes de détection, chacune des
branches est reliée à un câble
principal (MEOC) de type standard
télécommunication d’une longueur
de 38km, pour joindre la côte. Le
lien entre nœuds à une longueur de
6km, le câble est identique au
MEOC. La connexion sur le nœud
est réalisée par des pénétrateurs. Un
des
MEOC
en
cours
d’approvisionnement comprend 36
fibres optiques de type ITU-G655,
les caractéristiques du câble sont
données en annexe 1. Pour le 2ème
MEOC il est envisagé de réutiliser le
câble Antares si celui-ci est adapté,
notamment au niveau des fibres
optiques, les caractéristiques du
câble sont données en annexe 2.
A terre le câble arrive à la station
Fig. 1 : Architecture sous-marine du détecteur
énergie située près de la plage des
Sablettes, un câble terrestre de
1300m environ (fibres identiques au MEOC) la relie à la salle de contrôle MEUST.
Le nœud est un châssis métallique qui comprend une sphère en titane résistante à la pression
pour intégrer les composants des réseaux puissance, optique et contrôle/commande, l’électrode
de retour, de l’instrumentation et les ports utilisateurs. Chaque nœud disposera de 6 ports
utilisateurs (dont un rechange) pour le télescope à neutrinos et 2 ports utilisateurs multi-usage.
Quatre lignes de détection du télescope seront connectées en série sur un port utilisateur du nœud
pour un total de 20 lignes par nœud.
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MEUST: CdC banc de test optique
La 1ère phase du projet prévoit l’installation du câble et du premier nœud mi-2014.
2.2. CONFIGURATION DES LIGNES DE DETECTION
Une ligne de détection (DU), dont le schéma est en figure 2, est une
ligne souple constituée de 18 photo senseurs (DOM) espacés
verticalement de 36 m et attachés aux 2 câbles porteurs en Dyneema,
pour une hauteur totale de ligne de 700m. La ligne est ancrée au sol et
maintenue verticale par sa propre flottabilité. Le DOM est constitué
d’une sphère en verre de 17’’ qui contient 31 PMTs de 3’’ ainsi que
l’électronique nécessaire à la lecture et numérisation des signaux, le
traitement des données et l’envoi à terre. Le système d’acquisition est à
base d’un FPGA associé ou non à un processeur (en cours de
définition) avec un protocole de transmission Ethernet. La transmission
de l’horloge est intégrée à la trame Ethernet.
La transmission des données ainsi que l’alimentation électrique sont
réalisés au sein de la DU par un câble (VEOC) sous huile en
équipression attaché le long d’un des 2 câbles porteur. Au niveau de
chaque DOM une ‘’breakout box’’ contiendra un convertisseur DC/DC
380V/12V pour l’alimentation de celui-ci et permettra la connexion de
la fibre optique du DOM à celle du VEOC.
La DU est connectée au nœud par l’intermédiaire d’un câble
d’interconnexion, d’une longueur de 80m, 110m ou 140m, mis en place
au moyen d’un ROV. Le câble d’interconnexion entre les DUs aura une
longueur fixe de 110 m. Ce câble sera équipé d’un connecteur électrooptique ‘’wetmateable’’ à son extrémité (contacts optiques type APC)
et d’un pénétrateur sur la ligne.
Fig.2 : Vue d’une DU
2.3. SYSTEME DE TRANSMISSION DE DONNEES
Le réseau fibre optique pour le télescope a 4 fonctions principales : le transfert des données des
DOMs, le contrôle lent des DOMs, la calibration en temps (du pied de ligne) et le contrôle lent
DU (pied de ligne de détection). Le transfert des données des DOMs utilise des fibres dédiées
alors que les 3 autres fonctions sont réalisées au moyen d’une seule fibre de service en utilisant
des longueurs d’ondes différentes. Le schéma optique de la terre au nœud est en figure 3.
Le transfert des données des DOMs est en point à point entre les DOMs et la terre. Pour un
nœud, cette transmission utilise 8 fibres monomode, une fibre par port utilisateur. Ce transfert est
réalisé par un lien Ethernet 1 Gbit/s utilisant un multiplexage DWDM à 50GHz. Cette fréquence
permet l’utilisation de 80 longueurs d’ondes dans la bande C, soit 4 DUs par fibre. Le taux
d’erreur binaire spécifié pour la transmission est de 10-12.
La fibre service, dupliquée pour redondance, contient le contrôle lent des DOMs, la calibration
en temps et le contrôle lent DU. La transmission est réalisée au moyen d’un lien Ethernet 1
Gbit/s utilisant un multiplexage DWDM à 100 GHz. Dans le nœud la fibre est séparée vers
chaque port utilisateur pour distribuer les signaux sur les 4 DUs chainées. Le nœud comporte des
composants passifs et mais aussi des amplificateurs optiques EDFA. La répartition des longueurs
d’onde est la suivante :
 Le contrôle lent des DOMs est distribué depuis la terre à chaque DOM sur une longueur
d’onde
 Le contrôle lent des DUs est distribué depuis la terre à chaque DU sur une longueur
d’onde et le retour utilise 1 longueur d’onde par DU soit 21 λ au total pour un nœud.
 Le signal de calibration en temps est distribué depuis la terre à chaque DU sur une
longueur d’onde et le retour utilise 1 longueur d’onde différente mais identique à toutes
les DUs.
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MEUST: CdC banc de test optique
Fig.3 : Schéma de la transmission optique DU entre la terre et le nœud
Chaque port utilisateur interface une chaine de 4 DUs et contient une fibre pour les données des
DOMs et une fibre service. Le schéma optique de la chaine des 4 DUs est en figure 4. La
connexion en série de DU impose d’avoir plus de composants optiques dans la 1ère DU par
rapport aux autres.
Le transfert des données des DOMs d’une DU utilise 18 longueurs d’onde sur la grille ITU 200
GHz. Les 18 λ sont multiplexées en pied de ligne au moyen d’un filtre DWDM pour être
concentrées dans une seule fibre. Elles passent au travers des DUs de la chaine pour ensuite être
multiplexées avec les autres DUs au moyen d’interleavers. Cela permet de n’avoir qu’une fibre
entre le nœud et la 1ère DU. Un amplificateur optique EDFA est intégré dans la 1ère DU pour
compenser les pertes de la liaison.
La fibre service est séparée au pied de chaque DU en utilisant des splitters pour distribuer la DU
suivante. Les différentes longueurs d’onde sont ensuite extraites en pied de ligne par utilisation
de filtres. Le contrôle lent des DOMs est ensuite distribué dans la ligne à chaque DOM alors la
calibration en temps et le contrôle lent DU reste au pied de ligne.
Figure 4 : Schéma optique de la chaine des 4 DUs
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MEUST: CdC banc de test optique
3. TRAVAUX DEMANDES
3.1. LIMITE DE FOURNITURE
Le banc de test se limite au réseau optique des DUs et ne comprend pas les réseaux optiques des
Sciences de la mer (ESS) ni celui du contrôle/commande de l’infrastructure (CC).
Les composants optiques nécessaires à la réalisation du banc de test seront fournis par le CPPM.
3.2. LISTE DES TRAVAUX
 Réalisation en vos locaux d’un banc de test de la liaison de transfert des données des
DOMs (DOM station terre-DOM) avec une vingtaine de longueurs d’onde et tests.
 Réalisation en vos locaux d’un banc de test de la liaison de contrôle lent et de calibration
en temps et tests
 Assistance à l’intégration du nœud au CPPM
 Assistance à l’intégration du pied de ligne de la 1ère ligne de détection au CPPM
 Etude de la possibilité de réutiliser le câble ANTARES du point vue optique
4. CALENDRIER PREVISIONNEL
Le calendrier suivant est proposé :
 Banc de test et tests de la liaison DOMs : Janvier 2014
 Banc test et tests de la liaison contrôle lent et calibration : Février 2014
 Assistance validation intégration système final : Mars 2014
 Rapport d’étude pour l’utilisation du câble ANTARES : Mars 2014
 Assistance intégration 1ère ligne de détection : Septembre 2014
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MEUST: CdC banc de test optique
Annexe 1 : Caractéristiques du câble MEUST
Câble ALCATEL OALC-7 contenant 36 fibres optiques type ITU-G655.
Fibre type
Typical CD (ps/nm/km) @ 1550nm & 20°C
Zero Dispersion temperature coefficient
Typical Dispersion slope @ 1550nm (ps/nm2/km)
LEAF EP fibre
(NZDSF G655)
- 4.0
0.03nm/°C
0.123
Typical core effective area (m2) @ 1550nm
68
Typical Mode field diameter (m) @ 1550 nm
9.2
Effective refractive index
Non linear parameter n2 @ 1550nm (10-20 m2/W)
1.470
2.5
Cable Cut - off cc (nm)
< 1520
Fibre diameter (m)
125  1
Core Concentricity error (m)
Fibre non-circularity (%)
Coating diameter (m)
 0.6
<2
250  5
Local attenuation discontinuity (dB)
< 0.1
Typical PMD (ps/km1/2) @ 1550nm
0.15
Proof Test (kpsi)
 200
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MEUST: CdC banc de test optique
Annexe 2 : Caractéristiques du câble Antares
Câble ALCATEL URC3 contenant 48 fibres optiques type ITU-G654.
PSC fibre
Fibre type
Typical CD (ps/nm/km) @ 1550nm & 20°C
Zero Dispersion temperature coefficient
Typical Dispersion slope @ 1550n (ps/nm2/km)
(ITU-T G654 )
Antares
+ 19.6
nil
0.06
Typical core effective area (m2) @ 1550nm
78
Typical Mode field diameter (m) @ 1550 nm
8.2
Effective refractive index
Non linear parameter n2 @ 1550nm (10-20 m2/W)
1.470
2.7
Cable Cut - off cc (nm)
< 1500
Fibre diameter (m)
125  1
Core Concentricity error (m)
Fibre non-circularity (%)
Coating diameter (m)
 0.8
<2
245  5
Local attenuation discontinuity (dB)
< 0.1
Typical PMD (ps/km1/2) @ 1550nm
 0.15
Proof Test (kpsi)
 200
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