Réseau VDI : câblage structuré, baie de brassage et fibre optique

Dans un immeuble de bureaux, un collège ou un cabinet médical, l'électricien ne pose plus seulement des prises de courant. Le lot « courants faibles » représente souvent des centaines de prises RJ45, une ou plusieurs baies, des rocades en fibre, et le client ne paie que si chaque lien passe au certificateur. Un câble mal tiré ou une paire trop détorsadée, et c'est un lien à refaire. Le bac pro MELEC attend donc qu'on sache lire un synoptique de réseau, poser et raccorder un lien cuivre ou optique, le contrôler et expliquer à quoi sert chaque appareil de la baie.

Le cours sur le coffret de communication traite le logement : grades, nombre de prises, brochage T568A et T568B. Ici, on change d'échelle. Les règles ne viennent plus de la NF C 15-100 mais des normes de câblage générique, ISO/IEC 11801 au niveau international et série NF EN 50173 en Europe, complétées par la NF EN 50174 pour la pose. Pour situer ce domaine dans le métier, voyez aussi notre article sur l'électricité tertiaire.

Câblage structuré : le principe du réseau VDI

Autrefois, chaque service avait son câblage : un réseau pour le téléphone, un autre pour l'informatique, un troisième pour la vidéo. Le câblage structuré, qu'on appelle aussi câblage générique ou précâblage, part de l'idée inverse. On pose un seul type de lien, identique partout, sans savoir à l'avance ce qu'on branchera dessus. La même prise RJ45 servira à un ordinateur, un téléphone IP, une borne Wi-Fi, une caméra ou un automate de gestion technique. C'est le brassage, dans la baie, qui décide de l'usage.

La topologie est une étoile hiérarchique. La norme distingue trois niveaux de répartiteurs. Le répartiteur de campus relie plusieurs bâtiments d'un même site. Le répartiteur de bâtiment, que l'on appelle couramment répartiteur général, reçoit l'arrivée de l'opérateur et le cœur de réseau. Les répartiteurs d'étage, ou sous-répartiteurs, desservent les prises. Entre les répartiteurs courent les rocades (câblage vertical), aujourd'hui presque toujours en fibre optique. Entre un répartiteur d'étage et les prises s'étend le câblage horizontal, en câble cuivre à quatre paires torsadées.

Le nombre de répartiteurs d'étage ne se décide pas au hasard : il découle de la longueur maximale du câble horizontal. Si une prise se trouve à plus de 90 m de câble du local technique, il faut un répartiteur supplémentaire, relié au premier par une rocade. C'est le premier calcul que fait un chargé d'affaires sur les plans.

Lien permanent de 90 m et canal de 100 m

Deux notions reviennent à chaque épreuve et sur chaque rapport de recette.

Le lien permanent est la partie fixe du câblage : le connecteur du panneau de brassage, le câble horizontal et la prise terminale. Sa longueur ne dépasse pas 90 m. C'est ce que l'installateur pose, raccorde, teste et garantit.

Le canal est la liaison complète entre deux équipements actifs, par exemple entre le port du commutateur et la carte réseau du poste. Il ajoute au lien permanent le cordon de brassage dans la baie et le cordon du poste de travail. Sa longueur ne dépasse pas 100 m, ce qui laisse 10 m pour l'ensemble des cordons.

Ces 90 m se comptent en longueur de câble réellement déroulée, pas en distance sur le plan. Il faut additionner la remontée dans la baie, le cheminement dans le chemin de câbles avec ses détours, la descente dans la cloison ou la goulotte et la réserve laissée à chaque extrémité. Un bureau situé à 60 m à vol d'oiseau peut très bien dépasser la limite.

La norme admet un point de consolidation entre le répartiteur et les prises, utile dans les plateaux de bureaux dont le mobilier bouge : le câble horizontal s'arrête dans un boîtier en faux plafond ou en plancher technique, et un second tronçon repart vers la prise. Il compte dans les 90 m.

La baie de brassage et ses équipements

Le répartiteur prend la forme d'une baie ou d'un coffret au format 19 pouces, largeur normalisée entre les montants. La hauteur se compte en unités, notées U : 1 U vaut 44,45 mm. Un panneau de brassage de 24 ports occupe 1 U, un commutateur de 24 ou 48 ports aussi. On parle de baie 12 U, 24 U ou 42 U.

On y trouve, de haut en bas dans une organisation classique, deux familles de matériel. Les équipements passifs ne consomment rien : tiroirs optiques qui reçoivent les rocades en fibre, panneaux de brassage RJ45 où arrivent les câbles horizontaux, passe-câbles qui guident les cordons, tablettes. Les équipements actifs sont alimentés : commutateurs, routeur, onduleur, parfois un serveur ou un enregistreur vidéo. Un bandeau de prises 230 V, sur un circuit dédié du tableau, les alimente.

Trois règles de chantier pèsent autant que le choix du matériel. La baie se relie à la terre du bâtiment par un conducteur d'équipotentialité, et ses éléments métalliques (portes, panneaux, montants) sont reliés entre eux : c'est la condition pour que les écrans des câbles jouent leur rôle, selon les principes vus dans le cours sur la liaison équipotentielle. Le repérage est systématique : chaque prise porte un identifiant repris sur le port du panneau, par exemple le numéro du répartiteur, du panneau et du port, et un plan de récolement est remis au client. Enfin on laisse de la place, en ports libres comme en unités vides, car un réseau s'agrandit toujours.

Catégories et classes : ne pas les confondre

La catégorie qualifie un composant : un câble, un connecteur, un cordon. La classe qualifie le lien une fois installé, tel que le mesure le certificateur. On obtient un lien de classe E_A en assemblant correctement des composants de catégorie 6A ; avec un seul connecteur de catégorie 6 sur la chaîne, le lien retombe en classe E.

Pourquoi parler de mégahertz pour un débit en gigabits par seconde ? Parce que plus le débit est élevé, plus le signal électrique contient de hautes fréquences, et plus le câble doit les transmettre sans trop les affaiblir ni les laisser passer d'une paire à l'autre. Le 10GBASE-T, l'Ethernet à 10 Gbit/s sur cuivre, utilise les quatre paires à la fois et demande un câblage caractérisé jusqu'à 500 MHz : d'où la catégorie 6A.

Paires torsadées et blindages : lire U/UTP, F/UTP, S/FTP

Un câble réseau contient huit conducteurs en cuivre, groupés en quatre paires. Chaque paire est torsadée, et ce n'est pas un détail de fabrication. Le signal circule en mode différentiel : un conducteur porte le signal, l'autre son opposé, et le récepteur fait la différence. Un parasite extérieur touche les deux fils de la même façon et s'annule dans la soustraction. Les quatre paires ont en plus des pas de torsade différents, pour limiter la diaphonie, c'est-à-dire le passage du signal d'une paire sur sa voisine. Voilà pourquoi on détorsade le moins possible au raccordement : chaque millimètre de paire ouverte dégrade la mesure.

La désignation normalisée du blindage se lit en deux temps, de part et d'autre de la barre oblique. Avant la barre, l'écran général qui entoure les quatre paires ; après, l'écran individuel de chaque paire. U signifie sans écran, F un feuillard d'aluminium, S une tresse métallique. TP rappelle qu'il s'agit de paires torsadées.

Un écran ne sert que s'il est continu et relié à la terre : câble écranté, connecteur blindé, panneau métallique raccordé à la baie, baie raccordée à la terre. Un câble F/FTP monté sur des connecteurs non blindés n'apporte rien de plus qu'un U/UTP. Le choix entre câblage écranté et non écranté se fait pour toute l'installation, selon l'environnement (proximité de machines, de variateurs, de câbles de puissance) et le cahier des charges. Le détail des familles de câbles est repris dans notre article quel câble réseau choisir pour le courant faible.

À la pose, quatre précautions font la différence entre un lien qui passe et un lien refusé : ne pas tirer trop fort, ne pas plier le câble plus serré que le rayon de courbure indiqué par le fabricant, ne pas l'écraser avec des colliers plastiques serrés à fond, et le tenir à distance des câbles d'énergie, sur un chemin de câbles séparé ou cloisonné, comme le demande la NF EN 50174-2. Notre article courants forts et courants faibles, attention aux mélanges détaille le sujet.

Fibre optique : monomode, multimode et connecteurs

Quand la distance dépasse 90 m, quand le débit devient très élevé ou quand on relie deux bâtiments qui n'ont pas la même terre, on quitte le cuivre pour la fibre. Une fibre optique est un fil de verre très pur, formé d'un cœur où circule la lumière et d'une gaine optique de 125 µm de diamètre qui la maintient dans le cœur par réflexion. Elle transporte de la lumière et non un courant : elle est insensible aux perturbations électromagnétiques et n'établit aucune liaison électrique entre les deux extrémités.

Multimode

La fibre multimode a un cœur large, de 50 µm (62,5 µm pour l'ancienne OM1). La lumière y emprunte plusieurs trajets, appelés modes, qui n'arrivent pas tous en même temps : l'impulsion s'étale, ce qui limite la portée. Elle se désigne par les lettres OM. En 10 Gbit/s, l'OM3 porte à 300 m et l'OM4 à 400 m ; l'OM1 ne dépasse pas quelques dizaines de mètres à ce débit. Elle fonctionne à 850 nm et 1 300 nm, avec des émetteurs bon marché, et convient aux rocades d'un bâtiment.

Monomode

La fibre monomode a un cœur d'environ 9 µm : un seul mode s'y propage, l'impulsion reste nette sur des kilomètres. Elle se désigne par OS (OS1a, OS2) et travaille à 1 310 nm et 1 550 nm. Le 10 Gbit/s y franchit 10 km en version standard. C'est la fibre des liaisons de campus, des opérateurs et du FTTH.

Connecteurs et raccordement

Les deux connecteurs à connaître sont le LC, petit, monté par deux (une fibre pour l'émission, une pour la réception) dans les tiroirs optiques et sur les commutateurs, et le SC, carré, plus gros. Le ST, à baïonnette, se rencontre encore dans l'existant. La face de la fibre est polie de deux façons : UPC, face droite, repérée en bleu sur le monomode, et APC, face inclinée de 8°, repérée en vert, qui renvoie beaucoup moins de lumière vers l'émetteur. Les deux polissages ne s'accouplent pas : on dégrade la liaison et on risque d'abîmer les faces.

Sur chantier, on raccorde une fibre de trois manières : en soudant par épissure par fusion une amorce déjà équipée de son connecteur (le pigtail), en posant un connecteur à montage rapide, ou en tirant un câble préconnectorisé en usine. Dans tous les cas, la propreté commande. Une poussière sur un cœur de 9 µm suffit à faire échouer la mesure : on inspecte et on nettoie chaque connecteur avant de le brancher. Et on ne regarde jamais l'extrémité d'une fibre ou d'un port en service, la lumière infrarouge est invisible et peut blesser l'œil.

Le FTTH dans le logement : le principe

FTTH signifie fibre jusqu'à l'abonné. Depuis le nœud de raccordement optique (NRO) de l'opérateur, la fibre passe par un point de mutualisation (PM), où les opérateurs accèdent aux lignes, puis par un point de branchement optique (PBO), sur le palier ou dans la rue, et arrive dans le logement au dispositif de terminaison intérieur optique (DTIo), premier point de coupure connectorisé, qui marque la limite de responsabilité avec le réseau du client. La prise terminale optique (PTO), généralement équipée d'un connecteur SC/APC, reçoit la box. Dans le neuf, à la livraison, DTIo et PTO sont confondus et logés dans la gaine technique du logement ; la PTO peut être déplacée ensuite dans le logement.

Le code de la construction et de l'habitation (article L. 113-10 et articles R. 113-3 à R. 113-5) impose au maître d'ouvrage d'un bâtiment neuf de le précâbler en fibre. L'électricien intervient donc sur la partie privative : fourreaux, colonne, câble de branchement jusqu'au coffret de communication. Les obligations sont développées dans notre article fibre optique obligatoire dans les logements neufs.

Recette d'un lien : ce que mesure le certificateur

Un simple testeur de continuité vérifie que les huit fils arrivent au bon endroit. C'est utile en cours de chantier, mais cela ne prouve pas que le lien tiendra son débit. La recette, exigée par les cahiers des charges, se fait avec un certificateur : il mesure le lien sur toute la plage de fréquences de la classe visée, compare aux limites de la norme et rend un verdict, conforme ou non conforme, enregistré dans un rapport. Les mesures suivent la norme IEC 61935-1, et l'on teste en configuration « lien permanent », 100 % des liens.

Le défaut le plus piégeux est le dépairage : les huit fils sont bien reliés borne à borne, le petit testeur dit « bon », mais deux fils qui devraient former une paire torsadée appartiennent à deux paires différentes. La torsade ne protège plus rien et la paradiaphonie s'effondre. Seul le certificateur le voit.

Pour la fibre, la recette comporte l'inspection des connecteurs, puis une mesure d'atténuation par photométrie : une source émet à une extrémité, un photomètre mesure la puissance reçue à l'autre, aux deux longueurs d'onde de la fibre. La réflectométrie complète le contrôle : l'appareil envoie des impulsions et analyse ce qui revient, ce qui donne la position de chaque connecteur, épissure ou contrainte le long de la fibre. La méthode générale de contrôle d'une installation est décrite dans le cours sur la mise en service d'une installation.

Commutateur et adressage IP : les notions à connaître

Le câblage posé, il reste à le faire vivre. L'appareil central de la baie est le commutateur, ou switch. Chaque carte réseau possède une adresse MAC, identifiant matériel de 48 bits fixé en usine. Le commutateur note sur quel port il a vu passer chaque adresse MAC et n'envoie une trame que vers le port de son destinataire. Il travaille à l'intérieur d'un même réseau local. Pour sortir de ce réseau, vers Internet ou vers un autre réseau du site, il faut un routeur, dont l'adresse côté réseau local s'appelle la passerelle.

Beaucoup de commutateurs alimentent aussi les équipements par le câble réseau : c'est le PoE (Power over Ethernet). Une borne Wi-Fi, une caméra, un téléphone IP ou un lecteur de badge reçoivent données et énergie sur le même lien, sans prise 230 V à proximité. La puissance fournie par port dépend de la norme : 15,4 W (IEEE 802.3af), 30 W (802.3at), 60 W ou 90 W (802.3bt). L'équipement en reçoit un peu moins, le câble en dissipe une partie. Le commutateur a un budget total qu'il faut vérifier, comme on fait un bilan de puissance.

L'adresse IP est l'adresse logique d'un équipement. En IPv4, elle s'écrit avec quatre nombres de 0 à 255, par exemple 192.168.10.37. Le masque de sous-réseau indique quelle partie désigne le réseau et quelle partie désigne l'hôte. Avec le masque 255.255.255.0, noté /24, les trois premiers nombres désignent le réseau (192.168.10.0) et le dernier l'hôte. Deux adresses sont réservées, la première pour le réseau et la dernière (192.168.10.255) pour la diffusion : il reste 2⁸ − 2 = 254 adresses utilisables. Deux équipements ne communiquent directement que s'ils sont dans le même réseau ; sinon, ils passent par la passerelle. Les plages 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 et 192.168.0.0/16 sont réservées aux réseaux privés.

L'adresse est attribuée soit automatiquement par un serveur DHCP, soit à la main, en adresse fixe, ce qui est l'usage pour les équipements techniques : caméras, centrales, automates, passerelles de domotique et de GTB. L'électricien qui met en service une borne de recharge communicante ou un enregistreur vidéo doit savoir renseigner trois champs sans se tromper : adresse, masque, passerelle.

Pour aller plus loin (BTS)

En BTS, on dimensionne. Le bilan optique d'une rocade se calcule avant la pose, pour fixer la valeur à ne pas dépasser à la recette : atténuation maximale = longueur × atténuation linéique de la fibre + nombre de connexions × perte par connexion + nombre d'épissures × perte par épissure. Avec une fibre OS2 à 0,4 dB/km, des connexions comptées à 0,75 dB au plus et quelques épissures, on voit tout de suite que, sur les courtes distances d'un bâtiment, ce sont les connecteurs et non la fibre qui font l'essentiel de la perte. L'exercice 7 en donne un exemple chiffré.

Côté cuivre, le PoE de forte puissance ramène un vrai problème d'électricien : l'échauffement. Des dizaines de câbles serrés en faisceau, parcourus chacun par un courant continu, montent en température, et l'affaiblissement d'un câble augmente avec sa température. On limite donc la taille des faisceaux, on préfère les chemins de câbles en fil qui évacuent la chaleur, et le câblage écranté, qui dissipe mieux, reprend l'avantage.

Enfin, un même câblage porte aujourd'hui plusieurs réseaux logiques. Les VLAN (réseaux locaux virtuels, norme IEEE 802.1Q) séparent sur les mêmes commutateurs la bureautique, la téléphonie, la vidéoprotection et la gestion technique du bâtiment : chaque port est affecté à un VLAN, et un lien entre deux commutateurs les transporte tous, étiquetés. C'est ce qui permet de faire cohabiter le réseau du client et les équipements de sûreté décrits dans le cours sur l'alarme intrusion et la sécurité incendie. La continuité de service de la baie repose sur un onduleur, traité dans le cours sur les alimentations de secours.

Les erreurs qui reviennent

Mesurer les 90 m sur le plan. La limite porte sur la longueur de câble, remontées, détours et réserves compris. On la vérifie au métré avant de tirer, pas au certificateur après.

Confondre catégorie et classe. Un devis qui annonce « câblage classe E_A » s'engage sur un résultat de mesure, pas seulement sur l'achat de câble 6A. Un connecteur de catégorie inférieure ou un raccordement bâclé suffit à déclasser le lien.

Trop détorsader et trop dégainer. On conserve la torsade jusqu'au contact, on ne retire que la longueur de gaine nécessaire, et on suit la notice du connecteur. C'est la première cause d'échec en paradiaphonie.

Mélanger les conventions T568A et T568B. Les deux fonctionnent, mais une installation n'en utilise qu'une, la même au panneau et à la prise.

Laisser un écran en l'air. Un câble écranté dont le feuillard n'est pas repris sur le connecteur, ou une baie non reliée à la terre, donne un blindage sans effet, voire nuisible.

Marier des fibres ou des connecteurs incompatibles. Un cordon multimode sur une rocade monomode, un connecteur APC vert sur un UPC bleu : la liaison s'effondre ou ne monte pas.

Oublier le repérage et le dossier de recette. Sans étiquette ni plan, personne ne sait quelle prise correspond à quel port, et le premier dépannage coûte plus cher que l'étiquetage.

Exercices corrigés

Les six premiers exercices correspondent au niveau bac pro, les deux derniers au BTS. Cherchez avant d'ouvrir le corrigé.

Exercice 1. Pour desservir un bureau, le câble quitte le panneau de brassage et parcourt : 2,5 m dans la baie, 3 m de remontée jusqu'au faux plafond, 71 m de chemin de câbles, 4 m de descente en cloison, plus 0,3 m de réserve à la prise. Le lien permanent est-il conforme ? Quelle longueur de cordons reste-t-il pour le canal ?

Exercice 2. Sur un touret, on lit « Cat. 6A F/FTP 4P ». Décrivez ce câble. Quelle classe de lien permet-il de viser, et pour quel débit ?

Exercice 3. Un plateau de bureaux compte 58 postes de travail, équipés chacun de 2 prises RJ45, plus 6 prises en plafond pour des bornes Wi-Fi. Combien de panneaux de brassage de 24 ports faut-il ? Combien de ports restent libres ?

Exercice 4. La baie de l'exercice 3 reçoit : 6 panneaux de brassage (1 U chacun), 6 passe-câbles (1 U), 1 tiroir optique (1 U), 3 commutateurs de 48 ports (1 U), 1 bandeau de prises (1 U) et 1 onduleur (2 U). Calculez la hauteur occupée en U et en millimètres. Le client veut 30 % de réserve : quelle hauteur utile minimale demander ?

Exercice 5. Un commutateur PoE dispose d'un budget de 370 W. On veut y raccorder 8 caméras alimentées en 802.3af (15,4 W par port) et 6 bornes Wi-Fi alimentées en 802.3at (30 W par port). Le budget suffit-il si l'on réserve la puissance maximale de chaque port ?

Exercice 6. Un enregistreur vidéo a l'adresse 192.168.10.20 avec le masque 255.255.255.0. On configure une caméra en 192.168.10.37 et une autre, par erreur, en 192.168.11.37, même masque. Combien d'équipements ce réseau peut-il adresser ? Quelle caméra l'enregistreur verra-t-il directement ?

Exercice 7 (BTS). Une rocade en fibre monomode OS2 de 420 m relie deux bâtiments. Elle comporte une connexion à chaque extrémité et deux épissures par fusion. Le cahier des charges retient 0,4 dB/km pour la fibre, 0,75 dB par connexion et 0,3 dB par épissure. Calculez l'atténuation maximale admissible. Le photomètre indique 1,6 dB : le lien est-il recevable ?

Exercice 8 (BTS). Un site utilise le réseau 192.168.20.0/24. On veut le découper en quatre sous-réseaux de même taille (bureautique, téléphonie, vidéo, GTB). Donnez le masque, le nombre d'hôtes par sous-réseau et la plage d'adresses utilisables du deuxième sous-réseau.

Sources

• Legrand, cahier des clauses techniques d'un système de câblage structuré (architecture des répartiteurs, classes ISO/IEC 11801-1, câble horizontal de 90 m, recette selon IEC 61935-1 et ISO/IEC 14763-3).
• Éduscol STI, guide de dépannage du câblage cuivre (paramètres de certification, causes d'échec par mesure).
• Arcep, schémas et glossaire du FTTH (définitions NRO, PM, PBO, DTIo, PTO).
• Arcep, raccorder un bâtiment neuf à la fibre optique (articles L. 113-10 et R. 113-3 à R. 113-5 du code de la construction et de l'habitation).

Tous les cours d'électricité, du CAP au BTS