Christophe Cuenot

Les câbles sous-marins

Les câbles sous-marins constituent un maillon essentiel dans les communications modernes et tout particulièrement dans nos accès internet. Le satellite ne permet pas de faire transiter les volumes de données actuellement utilisés par internet. Il induit, par ailleurs, une latence de transit (temps de transmission des signaux entre la terre et les satellites). Avant d’expliquer leurs fonctionnements et leurs mises en œuvre, commençons par un bref rappel des grandes dates de déploiement de ces dits câbles.

 

Historique

1850-1900

Le premier câble sous-marin de télécommunication date de 1850, c’était un câble coaxial. Il était posé entre le cap Gris-Nez (entre Boulogne-sur-Mer et Calais) et le cap Southerland (Angleterre). Il a fonctionné pendant 11 minutes.

Le premier câble transatlantique est posé en aout 1858 entre Valentia (Irlande) et Trinity Bay (Terre-Neuve), par deux navires militaires reconvertis en câbliers. Au total, 4 200 km de câble, sont posés. La transmission du premier message de 100 mots entre la reine Victoria et le président des Etats-Unis, M. Buchanan, dura 1 heure et 7 minutes (le télégraphe ne sera inventé qu’en 1876). Malheureusement, la ligne ne fonctionna que 20 jours.

Le premier câble sous-marin reliant la France et les États-Unis fut posé en 1869 par la Compagnie Française des Câbles Télégraphiques. Il reliait Brest à Cap Cod près de Boston via Saint-Pierre-et-Miquelon.

En 1870, suite à une requête du gouvernement britannique, un câble sous-marin reliant Londres à Bombay est installé. Cette mise en place fût initiée par le navire le plus long à l’époque : le Great Eastern.

En 1882, l’Angleterre détenait près de deux tiers des câbles du monde.

Côté français, la compagnie française des câbles télégraphiques (CFCT) installe en 1898 un câble reliant Brest et New-York. La résistance électrique totale du conducteur était d’environ 5 269 ohms.

1850- à nos jours

1,2 millions de mots par semaine c’est ce que permettaient de transférer les 21 câbles reliant l’Angleterre et la France en 1917.

1927 est l’année des premiers services téléphoniques publique transatlantiques cependant tout le monde n’y avait pas accès car les coûts étaient prohibitifs.

En 1950, les répéteurs immergés apparaissent et permettent de réamplifier régulièrement le signal.

En 1955, le TAT1 (Trans-Atlantic Telephonic cable), premier câble téléphonique coaxiale à modulation de courant et fréquence, dispose de 48 canaux. Chaque canal dispose d’un débit de 64kbps (soit 3Mbps).

Depuis, la fibre optique a remplacé les câbles en cuivre. Le premier câble optique transatlantique (TAT8), entre la France, l’Angleterre et les États-Unis date de 1988. Il permettait l’échange de 40 000 voies téléphonique.

La distance actuelle estimé des câbles optiques sous-marins est de 1,3 million de  km. Leur nombre évolue sans cesse, aujourd’hui il est de l’ordre de 428. Les câbles ont une référence mais bien souvent un nom (Arcos, Celtic, Malbec, Ulysse2…). De nombreux sites fournissent des cartes géographiques de ces câbles (https://www.submarinecablemap.com).

Structure physique

La fibre est courante dans les datacenters, le câblage des bâtiments, et désormais la maison, mais dans tous ces utilisations les distances sont relativement courtes. Quant aux liaisons fibre fournies par les opérateurs, la distance est généralement masquée par la présence d’équipement répétant le signal. Il en va de même pour les câbles sous-marins.

Pour couvrir de grande distance, il est nécessaire de répéter le signal. En effet, le transport d’information sur une fibre optique subit une atténuation avec la distance. Cette contrainte physique nécessite de réamplifier le signal régulièrement. Les fibres sous-marines ne font pas exception. Il est nécessaire de mettre des répéteurs tous les 50 à 80km. Ces répéteurs ont besoin d’une alimentation électrique qui est fournie par des câbles cuivre qui sont inclus dans le câble optique. Compte tenu des conditions de fonctionnement, ces répéteurs sont intégrés dans des  boitier pour les protéger, d’où un  poids pouvant atteindre 300 à 400 kg. Ils peuvent ainsi coûter jusqu’à 880 000 euros l’unité.

Chaque câble est différent par sa capacité de transport, les technologies utilisées pour leur fabrication, néanmoins le fonctionnement et généralement le même.

Au cœur des câbles ont retrouvent des fibres optiques. Il y a toujours un tube plastique qui protège une gaine en cuivre qui contient les fibres optiques. Un tube de cuivre permet le transport de l’électricité nécessaire aux répéteurs. Enfin une gaine d’acier, de silicone et d’un gel anti-pression assure la protection et l’étanchéité du réseau. Le diamètre de la fibre optique n’excède généralement pas 1,4 cm de diamètre, et une fois recouverte, le câble peut atteindre environ 10 cm de diamètre.

Fonctionnement

Les  fibres optiques sous-marines sont des fibres monomodes.

Afin d’optimiser la transmission sur la fibre, des mécanismes de multiplexage comme DWDM ou OTN (Optical Transport Network) sont mis en œuvre.

Cela permet de faire transiter sur un même support physiques plusieurs signaux à des longueurs d’ondes différentes (couleurs), atteignant des débits de plusieurs Téra bit par seconde.

La fibre Dunant, est composé de 12 paires de fibres (contre 6 ou 8 habituellement). Ce changement permettra d’atteindre un débit de 250Tbps. Le débit moyen des câbles sous-marins est de 30Tbps.

Mise en œuvre

La mise en place des câbles sous-marin se fait via des navires câbliers qui déposent le câble au fond de l’océan ou l’enterrent.

Pour l’enterrer, ils utilisent une « charrue » qui, tiré par le navire câblier, va déposer le câble dans une tranchée et la reboucher.

L’enfouissement est une mesure de protection, mais elle n’est utilisée que lorsque cela est nécessaire, comme par exemple en eau peu profonde, où les chaluts et les ancres risquent de l’endommager.

Le positionnement au fond de l’océan ne protège pas des actes délictueux, comme cela été le cas en 2007, où des « pêcheurs » au Vietnam ont coupés 50km de câbles pour revendre les matériaux.

En 2015, c’est une ancre qui fût à l’origine d’une section de câble privant presque toute l’Algérie d’Internet pendant deux semaines.

Près des côtes, l’ensevelissement est effectué à l’aide de jet d’eau haute pression (20bars environs). Cette action se fait généralement avec des plongeurs.

Combien ça coûte ?

Le prix des câbles dépend de nombreux facteurs. Un câble de 50 à 100 km, qui ne nécessite pas de répéteur, coûte autour de 30 millions d’euros.

Pour les câbles plus longs, sur des milliers de kilomètres, qui disposent régulièrement de répéteur(s),  le coût  peut atteindre 700 millions d’euros.

Qui finance ?

Historiquement, les liens étaient financés par des opérateurs télécom (Level3, Verizon …), qui fournissaient ensuite le service à leurs clients.

Toutefois, cette situation a évolué, avec la participation des géants du net. Ces derniers sont de très gros consommateurs : plus de la moitié du trafic sur les liaisons transatlantiques et transpacifiques proviennent des GAFAM. Voici quelques-unes de ces réalisations :

  • CURIE, qui relie le Chili à la Californie par l’océan Pacifique, est le premier câble sous-marin intercontinental appartenant entièrement à une compagnie non-télécom, puisque Google en est l’unique investisseur.
  • En septembre 2017, Facebook, Microsoft et Telxius (filiale de Téléfonica) ont achevé le câble MAREA de 6000 Km entre Virgina Beach (Etats-Unis) et Bilbao (Espagne). Il fonctionne depuis février 2018 à un débit de 160TBps.
  • “HAVFRUE” (du danois “sirène”) qui relie le Danemark aux Etats-Unis. Il est co-financé par Google et Facebook.
  • Le projet SIMBA de Facebook vise à permettre l’accès à internet sur toute l’Afrique.

 

Au total, Facebook participe à au moins six consortium de câble sous-marins et Google détient des intérêts dans au moins 13 câbles depuis 2010.

Les enjeux

Les fibres optiques sous-marines constituent une infrastructure critique. Elles sont nécessaires dans les accès internet mais plus largement dans l’activité économique des pays, cependant elles sont fragiles. Nous avons déjà évoqué les risques accidentels ou le vol pour revendre les matériaux, mais il reste les risques d’espionnage ou de sabotage en  cas de conflit.

Les opérateurs sont en mesure de déceler et de localiser une éventuelle coupure ou une dégradation.

Dans l’espace maritime français, la surveillance est assurée par la marine nationale, en particulier dans les zones économiques exclusives (ZEE). Il faut savoir qu’en principe, aucun autre bâtiment n’a le droit de s’approcher lorsqu’un navire câblier est en opération. Dans la ZEE, l’état côtier ne peut pas contrôler la pose de câble, de pipe-lines par d’autres pays.

Les écoutes via des équipements directement branchés sur les câbles peuvent être une source de tension diplomatique. Certains états et opérateurs disposent de moyens de collecte comme cela a été divulgué par l’ex-agent de la NSA Edward Snowden.

Conclusion

Les câbles sous-marins sont l’un des composants essentiel d’internet et constituent, de ce fait, un élément sensible. L’augmentation des échanges de données va renforcer l’importance de ces liens. L’implication croissante des GAFAM est une évolution majeure. Le nombre d’acteurs limités est/sera à prendre en compte dans les problématiques de sécurisation des échanges.

 

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