Article STF Mag : comment la détection par fibre distribuée fait progresser la surveillance des câbles sous-marins

Jul 12, 2023

Tel que publié dans le numéro de septembre du magazine SubTel Forum

Lorsque le premier message télégraphique envoyé par câble sous-marin a été transmis en 1868 entre le Royaume-Uni et le Canada, un manque de capacité de câble et de répéteurs a limité la transmission par câble à 2 mots par minute. Bien que fragmentaires, les messages sont arrivés plus rapidement que la deuxième méthode de transmission la plus rapide : les bateaux à vapeur, qui nécessiteraient 10 jours pour voyager entre les deux emplacements.[1] En deux ans, la vitesse de transmission était déjà passée à 20 mots par minute. 150 ans plus tard, les câbles sous-marins ont évolué pour devenir des autoroutes de communication, responsables du transport de 99 % du trafic Internet et cloud mondial sur environ 500 câbles sous-marins qui s'étendent sur 1,3 million de kilomètres de fond océanique.[2]

Les câbles électriques sous-marins sont également considérés comme un élément qui change la donne dans le secteur de l'énergie en tant que solution pour transmettre l'électricité haute tension sous l'eau. Les cas d'utilisation des câbles sous-marins continuent de se développer. Ils jouent un rôle central dans l'exploitation de l'énergie offshore, avec des projets impressionnants comme le North Sea Link[3] récemment achevé attirant l'attention sur la nécessité pour les pays de récolter les bénéfices d'une activité éolienne océanique supérieure et de la production d'énergie marémotrice. Compte tenu de la dépendance croissante de l'économie mondiale à la fois à la connectivité (internet et cloud) et à la transmission d'énergie, les câbles sous-marins sont donc de plus en plus vitaux, c'est pourquoi il est crucial que les innovations en matière d'atténuation des menaces continuent d'évoluer pour assurer une fourniture fiable de la connectivité et de l'alimentation critiques. nos communautés.

Tout comme l'évolution des câbles sous-marins eux-mêmes, la détection par fibre optique distribuée, et plus particulièrement les technologies de détection et de télémétrie des vibrations (VID+R), ont connu une croissance rapide et atteignent un point d'inflexion dans leur adoption. La détection de fibre profite aux câblo-opérateurs en fournissant pour la première fois une détection instantanée des menaces sur chaque mètre de l'actif linéaire long. Ce type d'informations exploitables en temps réel génère des économies substantielles et évite les temps d'arrêt. Alors que la détection par fibre optique est de plus en plus adoptée pour les câbles de télécommunications, elle reste une solution moins connue pour les câbles électriques. Alors que le marché de la détection par fibre distribuée (DFS) devrait croître à un taux de croissance annuel composé de 7,3 % au cours des huit prochaines années, atteignant une valeur marchande totale de 2 553,5 millions de dollars d'ici 2030[4], les opérateurs d'énergie sous-marine ont beaucoup à gagner en prêter attention à cette technologie dans les années à venir.

L'évolution de la détection de fibre distribuée pour la surveillance des câbles électriques sous-marins

Il ne fait aucun doute que la grande majorité des pannes de câbles sous-marins chaque année sont causées par des agressions extérieures, notamment des événements de traînée d'ancre et de chalutage de fond des navires de pêche. Les impacts des catastrophes naturelles telles que les tsunamis sont une autre cause majeure de perturbation, ainsi que les changements géologiques. Parfois, les dégâts sont massifs et apparents, comme la perturbation du câble sous-marin en mer Méditerranée en 2008 qui a laissé des millions de personnes sans Internet[5], ou la coupure du câble électrique sous-marin en 2020 qui a laissé 18 000 foyers sur l'île de Skye sans électricité, forçant le fournisseur de faire appel à une centrale électrique fonctionnant au diesel pour fournir de l'électricité de secours[6]. D'autres fois, des accidents évités de justesse ou des impacts partiels peuvent endommager les câbles sans couper immédiatement l'alimentation. De tels dommages latents peuvent passer inaperçus pendant un certain temps avant qu'une défaillance inévitable du câble ne se produise, nécessitant des réparations même des années après l'événement dommageable. Dans tous les cas, les ruptures de câble et les défauts interrompent l'alimentation vitale. Les coûts de réparation peuvent atteindre 10 millions de livres, soit 12 millions de dollars américains, et s'accompagnent généralement d'une atteinte à la réputation et d'une perte de revenus en plus des coûts de réparation directs. En règle générale, un navire de jonctionnement devra être mobilisé et l'opération de jonctionnement peut souvent prendre de 40 à 60 jours pour terminer la réparation[7], ce qui augmente les coûts.

Comme les opérateurs de câbles sous-marins le savent, ils sont l'un des rares éléments d'infrastructure critique qui sont essentiellement invisibles une fois déployés au fond de l'océan - contrairement à presque toutes les autres infrastructures critiques, les propriétaires de câbles sous-marins n'ont pratiquement aucune idée de ce qui se passe. autour de leurs actifs. Il existe des techniques de protection qui surveillent ce qui se passe directement au-dessus de leurs câbles. Les méthodes traditionnelles comprennent la surveillance des balises AIS, les patrouilles de navires de surface et les relevés aériens ; cependant, ces méthodes sont faciles à éviter (balises AIS éteintes), présentent de grands écarts temps/espace dans la surveillance de l'actif, sont coûteuses et leurs temps de fonctionnement sont limités et impactés par la météo. Fondamentalement, ces approches de surveillance ne sont pas directement sur l'actif et ne sont pas sur toute la longueur de l'actif 24/7/365. Entrez dans la technologie de détection de fibre distribuée.

Comme mentionné précédemment, la détection par fibre optique est de plus en plus adoptée pour les câbles de télécommunications, mais c'est une solution moins connue pour les câbles électriques sous-marins. Cependant, de nombreux câbles électriques sont construits avec des fibres optiques intégrées pour servir à la fois de câbles de télécommunications et de transporteurs d'électricité. Cela permet la surveillance des câbles sous-marins via DFS, et plus particulièrement la catégorie révolutionnaire de VID+R. VID+R se trouve aux côtés de la détection de température et de contrainte distribuée dans le portefeuille DFS, mais est unique dans un aspect très puissant - la très haute sensibilité de VID+R est un câble de détection et de classification d'objets et d'événements qui se trouvent sur mais aussi hors du câble. Ceci est également réalisé sur une longueur longue et continue via la détection et l'analyse des signatures vibratoires uniques d'un objet et/ou d'un événement donné. Dans ce contexte, VID+R apporte une capacité de surveillance étendue totale et soutenue autour du câble marin pour une connaissance de la situation sans précédent pour les propriétaires de câbles. Cette capacité de surveillance est facilement déployée sur les brins de fibre optique déjà intégrés dans les câbles électriques sous-marins pour mesurer les changements de température et d'intégrité structurelle.

En raison de leur large portée, l'infrastructure de fibre optique peut être exploitée comme un réseau de détection massif, dense et sans interruption à long terme. Utilisant les avancées de la photonique, du cloud computing hybride, de l'apprentissage automatique et de l'intelligence artificielle, le DFS à l'intérieur des câbles sous-marins tire essentiellement parti de la fibre optique de télécommunication standard pour un nouveau cas d'utilisation. Avec DFS, les nouveaux produits de sensibilisation numérique Sensing-as-a-Service fournissent une observation des câbles 24/7/365 qui détecte un large éventail d'occurrences autour des câbles, notamment :

Pour les compagnies d'électricité sous-marines, l'application de cette technologie éprouvée présente des avantages significatifs. Les câbles de télécommunications sous-marins sont tout aussi vulnérables et sous-protégés que les câbles électriques sous-marins. Historiquement, les deux classes d'infrastructures manquaient d'alertes en temps réel qui se défendent contre les événements qui entraînent des ruptures de câbles et entraînent une perte de revenus importante.

Le cas du DFS pour la surveillance des câbles électriques sous-marins

Les progrès de la détection par fibre distribuée changent la façon dont nous surveillons les câbles sous-marins, et en particulier, la détection en tant que service représente l'avenir du DFS pour la détection et la classification en temps réel des agresseurs externes, la localisation précise des dommages et la capacité d'aider à attribuer la culpabilité. En raison de leur large portée à travers les câbles à fibres optiques existants, la technologie VID+R est supérieure pour la surveillance des câbles sous-marins à plusieurs égards :

Conscience totale de la situation pour la première fois

Cette forme de protection de surveillance "toujours active" et de longueur totale sur le câble permet une surveillance continue des menaces avec des rapports en temps réel servis 24h/24 et 7j/7 sur l'actif et la possibilité de contacter ou d'interdire la menace avant que des dommages ne surviennent.

Diagnostic, temps de récupération et coût

Les réclamations pour pertes consécutives résultant de dommages aux câbles électriques peuvent être importantes et les câbles électriques sous-marins coûtent environ 1 200 dollars par mètre, soit 1,2 million de dollars par kilomètre, ce qui fait de la surveillance une forme importante d'assurance. L'exactitude et la précision de la localisation des défauts réduisent le temps nécessaire pour localiser les problèmes sur des centaines de kilomètres de câbles sous-marins, accélérant ainsi la réparation et réduisant les coûts au fil du temps. L'élimination des interruptions de courant non planifiées augmente également les revenus et réduit les pénalités d'approvisionnement.

Sécurité

En aidant à éliminer les collisions avec les câbles et en réduisant le nombre de travaux de réparation d'urgence réactifs non planifiés, la surveillance DFS peut réduire les risques d'accidents sur site des équipes de réparation, ainsi que le danger pour les tiers à proximité du site de dommages aux câbles ou de tsunami potentiel ou de volcans sous-marins.

Culpabilité

Aujourd'hui, la plupart des dommages aux câbles sous-marins se produisent dans les eaux peu profondes du rivage et la plupart de ces dommages sont dus à la traînée des ancres et au chalutage des filets de pêche. Des zones à haut risque se trouvent également dans les zones de protection des câbles et à proximité des stations d'atterrissage où il existe un risque accru que plusieurs câbles soient retirés par le même événement.

L'intégration avec AIS peut aider et aider à déterminer la culpabilité de tout dommage subi. Si un navire est la cause d'un tel dommage, et que le câblo-opérateur peut prouver la négligence de ce navire, alors l'opérateur peut très bien réussir à récupérer des sommes substantielles en dommages-intérêts auprès du propriétaire du navire. Un fort effet de dissuasion apparaît également car les navires opérant dans et autour des câbles protégés savent désormais que leurs activités sont traçables, ce qui incite les patrons à agir de manière moins risquée.

D'ici 2028, la taille du marché des câbles électriques sous-marins devrait atteindre plus de 11,82 milliards de dollars [8], soit une augmentation de plus de 4 milliards de dollars par rapport à sa valeur de 2021 en raison de l'augmentation des investissements dans l'énergie offshore et de l'augmentation des connexions électriques sous-marines à travers le pays et centres de données sous-marins. Avec de plus grandes longueurs d'infrastructures sous-marines coûteuses à protéger, l'industrie de l'électricité est prête à rejoindre la communauté des télécommunications sous-marines dans une plus grande adoption de technologies permettant d'économiser du temps et de l'argent comme les services DFS et à se rapprocher de l'objectif d'empêcher les dommages de se produire en premier lieu .

En éliminant le risque d'interruption et en renforçant la sécurité de l'approvisionnement, les opérateurs de câbles sous-marins peuvent jouer un rôle important pour répondre aux attentes croissantes des parties prenantes et aux exigences réglementaires tout en assurant l'avenir de la protection des câbles sous-marins pour les décennies à venir grâce à la technologie DFS et VID+R.

Mark Englund est fondateur et PDG de FiberSense. Mark a plus de 25 ans d'expérience dans le sonar, la technologie de la fibre optique, l'ingénierie et la création d'entreprise.

Il a fait ses preuves en voyant rapidement de nouvelles opportunités de marché et une approche pragmatique de la création et du positionnement des entreprises pour saisir efficacement ces opportunités. Ce bilan a été construit sur 25 ans en tant qu'ingénieur, entrepreneur et propriétaire d'entreprise autour d'un accent particulier sur la question de savoir où se situent les principaux moteurs de valeur dans les réseaux de fibre optique et les systèmes de capteurs.

Ces connaissances proviennent d'une base d'expérience diversifiée en tant que 1) responsable du laboratoire de capteurs à fibre optique, DSTO Australie 2) fondateur, directeur exécutif et PDG d'une société de composants de fibre optique fournissant des réseaux de Bragg à fibre haute performance pour la détection et les télécommunications, 3) un Responsable du développement commercial américain d'un fournisseur de câbles de télécommunications sous-marins d'un milliard de dollars pour les opérateurs et les supertechs et 4) un responsable du développement commercial et de la stratégie d'une entreprise de 4 milliards de dollars couvrant l'ensemble du réseau de fibre optique pertinent pour le cloud (sous-marin et international, terrestre et dans centre de données).

Mark est titulaire d'un baccalauréat spécialisé en ingénierie de la CDU et d'un doctorat en détection par fibre optique de l'Université de Sydney et est membre de l'Institut australien des administrateurs de sociétés.

Mark est un ardent promoteur de nouveaux modèles commerciaux.

[1] https://www.iscpc.org/information/learn-about-submarine-cables/timeline-history/

[2] https://www.submarinecablemap.com/

[3] https://www.cnbc.com/2021/10/04/worlds-longest-under-sea-electricity-cable-begins-operations.html

[4] https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/distributed-fiber-optic-sensor-sensing-dfos-market

[5] https://www.wired.com/2008/12/mediterranean-c/

[6] En fait, il était nécessaire de transporter par avion des générateurs diesel supplémentaires du continent pour la redondance https://www.theguardian.com/business/2020/oct/22/scottish-energy-company-ssen-investigates-blackout-caused -par-défaillance-du-câble-sous-marin

[7] https://iumi.com/news/iumi-eye-newsletter-march-2018/subsea-cable-and-damage-claims

[8] https://www.globenewswire.com/en/news-release/2022/03/18/2406112/0/en/Submarine-Power-Cable-Market-Size-Worth-11-82Bn-Globally-by -2028-at-6-4-CAGR-Exclusive-Report-by-The-Insight-Partners.html

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