Introduction
La fibre optique est une technologie de transmission qui utilise la lumière comme support d'information. Elle a remplacé les câbles de cuivre électriques pour les communications longue distance, offrant une bande passante énorme, une immunité aux interférences électromagnétiques et une atténuation bien plus faible. Elle est aujourd'hui indispensable aux réseaux de téléphonie, à Internet, à la télévision par câble et à de nombreuses applications médicales et industrielles.
Contexte
Avant les années 1960, les communications reposaient sur des câbles de cuivre (pour la voix) et des ondes radio. La demande croissante en capacité de transmission se heurtait aux limites physiques du cuivre : atténuation importante du signal, sensibilité aux interférences et bande passante limitée. Parallèlement, les physiciens étudiaient la transmission de la lumière dans des guides diélectriques. Le verre était alors considéré comme trop impur pour transmettre la lumière sur plus de quelques mètres sans perte totale.
Inventeur
Charles Kuen Kao, ingénieur électricien aux Standard Telecommunication Laboratories (STL) au Royaume-Uni, est reconnu comme le père des communications par fibre optique. En 1966, avec son collègue George Hockham, il publia un article fondateur démontrant théoriquement que les pertes importantes dans les fibres en verre de l'époque étaient dues aux impuretés (ions métalliques) et non à une limitation fondamentale du matériau. Il postula qu'une fibre en verre de silice ultra-pur pourrait atteindre une atténuation inférieure à 20 décibels par kilomètre, un seuil critique pour les communications pratiques. Ses travaux visionnaires, pour lesquels il reçut le prix Nobel de physique en 2009, ont lancé la course mondiale pour purifier le verre.
Fonctionnement
Une fibre optique est constituée d'un cœur cylindrique en verre ou en plastique, entouré d'une gaine d'un matériau d'indice de réfraction légèrement inférieur. Ce principe de réflexion totale interne permet à la lumière injectée dans le cœur d'y être confinée et guidée sur des kilomètres. L'information (voix, données, vidéo) est codée sous forme d'impulsions lumineuses (0 et 1) générées par une diode laser ou une LED à une extrémité. Ces impulsions voyagent à travers la fibre et sont détectées et reconverties en signal électrique à l'autre extrémité par une photodiode. Les fibres monomodes, avec un cœur très fin, permettent les plus longues distances et les débits les plus élevés.
Evolution
La percée technologique arriva en 1970, lorsque les chercheurs de Corning Glass Works (Robert Maurer, Donald Keck, Peter Schultz) produisirent la première fibre à atténuation suffisamment faible (17 dB/km). Les années 1980 virent le déploiement des premiers câbles sous-marins transocéaniques en fibre optique, révolutionnant les communications internationales. L'invention des amplificateurs à fibre dopée à l'erbium dans les années 1990 élimina le besoin de convertir le signal optique en électrique pour le réamplifier, permettant des liaisons de milliers de kilomètres. Aujourd'hui, les fibres à multiplexage en longueur d'onde (WDM) transportent simultanément des centaines de canaux lumineux de couleurs différentes, démultipliant encore la capacité.
Impact
L'impact de la fibre optique sur la société est colossal et multiforme. Elle est le fondement physique de l'Internet à haut débit, permettant le streaming vidéo, le cloud computing, les réseaux sociaux et l'économie numérique globale. Elle a rendu les communications internationales quasi-instantanées et d'un coût marginal. Au-delà des télécoms, elle a engendré de nouvelles industries : l'endoscopie médicale pour les diagnostics mini-invasifs, les capteurs pour les infrastructures (ponts, pipelines), les lasers industriels pour la découpe et la chirurgie, et elle est cruciale pour le fonctionnement des data centers. La fibre a littéralement tissé le réseau nerveux de la mondialisation de l'information.
