Cavo sottomarino

Una sezione di un moderno cavo sottomarino per le telecomunicazioni.
1 –Polietilene
2 – nastro inMylar
3 – cavi d'acciaio
4 – barriera impermeabile inalluminio
5 –Policarbonato
6 – Tubo dirameo d'alluminio
7 –Vaselina
8 –fibra ottica

Intelecomunicazioniedingegneria elettricailcavo sottomarinoè uncavoappositamente costruito e posato sul fondo delmare,di unlagoo unfiume(cavo subacqueo), usato per trasportareinformazionisu una tratta odorsaledellarete di trasportodati oppureenergia elettricanellarete di trasmissione elettricatra le due sponde. Esistono quindi due categorie di cavi sottomarini: quelli per letelecomunicazionie quelli per trasporto dienergia.

Generalità

Schema di un ripetitore ottico cavo sottomarino.

Il primo cavo posato era destinato al trasporto del segnale deltelegrafoMorse.Successivamente si sono posati cavi per latelefoniaed iltrafficodi dati digitali (es.Internet). Il miglioramento della tecnologia permette di aumentare sempre più la quantità di dati o il numero di comunicazioni telefoniche veicolate. Attualmente una fitta rete di cavi sottomarini collega tutti i continenti tranne l'Antartide,che quindi risulta collegato mediante satelliti e/o via radio tramite le onde corte.

Una mappa interattiva aggiornata dei cavi sottomarini del globo è consultabile sul sito della societá di ricerca e consulenza TeleGeography.

Nonostante l'avvento deisatellitiartificiali che possano fungere daponti radiosatellitari tra continenti, i cavi sottomarini sono ancora ampiamente utilizzati per due motivi in particolare. Unsatellite geostazionariodeve essere posto inorbitaad una altezza dalla superficie terrestre di36000kmper cui il percorso di andata e ritorno compiuto dal segnale radio è di oltre72 000 km.Questo significherebbe in una comunicazione unalatenzamolto superiore (andata e ritorno della risposta) tra la fine della comunicazione e l'inizio della risposta dell'interlocutore. Un cavo idealmente posato traRomaeNew Yorkavrebbe invece una lunghezza di6 600 km.Più che la latenza, però, anche la portata è una variabile importante: un cavo sottomarino può garantire un flusso dati nell'ordine diterabit/sal contrario dei satelliti che si attestano attualmente non oltre 1000megabit/s.

Storia

Cavi per telecomunicazioni

Il primo esperimento ufficiale di posa di un cavo sotto l'acqua fu effettuato nel1845nella baia diPortsmouthdalla ditta S.W. Silver & Company.La società non fu però in grado di passare ad una fase commerciale per carenze finanziarie.

Il primo cavo sottomarino destinato alla telegrafia fu posato sottoLa Manicatra l'Inghilterra(Dover) e laFrancia(Calais) nell'agosto del1850,dalla società telegrafica anglo-franceseSubmarine Telegraph Co.Il cavo rimase operativo pochi giorni, dopo i quali venne interrotto forse dall'ancora di un pescatore.

Ci si rese ben presto conto della necessità di irrobustire e corazzare il cavo per difenderlo dai pericoli causati dalla navigazione e dagli animali marini. Nel1852fu stabilita la prima linea direttaParigi-Londra.A seguire, nello stesso anno la linea Inghilterra Irlanda e, nel 1853, la linea Inghilterra Olanda.

InItaliasi iniziarono a posare i primi cavi sottomarini dal1854traSardegna,Corsica,La SpeziaeAlgeria,e nel canale di Sicilia.

I primi cavi impiegavano come isolante una resina, laguttaperca,ricavata dalla pianta tropicalegutta percha.Poiché questa varietà è spontanea dei territori all'epoca colonie europee, si crearonomonopolicommerciali che ne controllavano la produzione.

Percorso del cavo posato nel 1858

Il primo tentativo di posare un cavo attraverso l'Oceano Atlanticofu fatto nel1858,dopo avere raccolto i fondi necessari mediante emissione di obbligazioni pubbliche. La posa iniziò dai due estremi, l'IrlandaeTerranova,per mezzo di due navi. Su ciascuna imbarcazione era caricato metà del cavo totale,2200kmpiù una riserva. I lavori procedettero per settimane tra mille difficoltà, il cavo si ruppe più di una volta e fu ripescato con enorme pazienza. Si insinuò perfino il dubbio della presenza di un sabotatore a bordo.

Bisogna considerare che la lunghezza del cavo è maggiore della distanza tra le coste, poiché è necessario scendere in profondità e risalire, ma anche superare valli e rilievi subacquei. Le correnti oceaniche possono anche spostare il cavo durante la discesa, allungando ulteriormente il percorso. La posa del cavo è comunque preceduta da una campagna di rilevamento mediantescandagliodella morfologia del fondale.

Questo primo cavo, accolto con grande risalto dalla stampa mondiale, funzionò però solamente un mese, dopodiché le notizie tornarono ad impiegare settimane per attraversare l'oceano traEuropaedAmerica.

Un nuovo tentativo si ebbe nel1865,per opera dellaAtlantic Telegraph Co.Gli investitori, nonostante l'insuccesso di pochi anni prima diedero fiducia all'impresa, acquistando nuove obbligazioni. In questa impresa fu impiegata un'unica nave, l'extransatlanticoGreat Eastern,riadattato come nave posacavo e caricato con quasi2 000 kmdi cavo. L'opera fallì in seguito alla rottura del cavo dopo600 km.

L'opera fu finalmente conclusa nel1866dallaAnglo-American Telegraph Co.utilizzando la stessa nave posacavi. Nella stessa impresa fu ripescato e completato il cavo del1865.

Si iniziarono a sviluppare cavi adatti per la telefonia a partire dal1920,ma la tecnologia necessaria non fu completamente sviluppata prima deglianni quaranta. Il primo cavo telefonico transatlantico tra laScoziaeTerranova(TAT-1) fu inaugurato il 25 settembre1956ed aveva una capacità di 36 canali voce.

Cavi per trasporto di energia

Nel2002è stata inaugurata una linea sottomarina ad alta tensione in corrente continua (HVDC) traGalatina(Lecce) eAetos(Grecia) (Elettrodotto Italia-Grecia).

Negli anni successivi altri due cavi vengono posati in Italia, tra Sardegna e Lazio e tra Sicilia e Calabria, daTerna,azienda a cui dal 2005 sono delegate le attività di trasmissione dell'energia elettrica.Si tratta della linea elettrica da 1000 MW più lunga al mondo (SAPEI)inaugurata nel 2011, e della linea elettrica a corrente alternata più lunga al mondo (Sorgente-Rizziconi), inaugurata nel 2016.

Problematiche comuni

I problemi principali relativi ai cavi sottomarini oltre che di natura elettrica (attenuazioneedistorsionedelsegnale) sono di natura meccanica. I cavi devono infatti essere protetti dalle ancore delle imbarcazioni, dalle reti dei pescatori, ma anche dagli animali marini che possono mordere o perforare il materiale isolante. Per questo motivo la parte terminale delle linee vicino alle coste ha una corazzatura maggiore, costituita in genere da uno o più strati di robusta rete di acciaio. La porzione destinata a giacere sul fondale ha sezione minore, ma comunque un certo grado di armatura in acciaio.

Un altro problema di cui tenere conto in fase diprogettazionedei cavi di grande profondità, è rappresentato dallapressionedell'acqua, che aumenta di circa10MPa(100atmosfere) ogni chilometro. Il materiale isolante viene infatti compresso da queste enormi pressioni, causando la diminuzione della sezione del cavo e l'alterazione dell'impedenza della linea.

Secondo un rapportodell'Istituto degli ingegneri elettronici ed elettrotecnici(IEEE), è necessario studiare alternative al network di cavi sottomarini su cui viaggiano i dati che nutrono la società contemporanea, tra cui le transazioni finanziarie e la comunicazione via Internet.

La sicurezza di questa rete è a rischio -spiega il documento- e se qualcosa andasse storto si rischierebbe l'apocalisse economica. Il motivo è semplice: in quei "tubi" passano tante informazioni importanti. L'altra faccia della medaglia della loro enorme capacità, è quindi il fatto che costituiscono unastrozzaturaa rischio: a dicembre del 2008 la rottura di un cavo nel Mediterraneo bloccò ad esempio le comunicazioni tra Europa, Medio Oriente e Sud est asiatico per oltre 24 ore.

Infatti, al 2023 circa il 97% del traffico internet è concentrato su 500 cavi sottomarini, mentre il satellite trasporta soltanto il 3% del traffico globale. L'Internet of thingspotenziato dal5Ge dal6G,l'informatica quantisticae l'intelligenza artificialeporteranno a unaumento esponenzialedel traffico dati.

È necessario quindi creare "dorsalidi backup globali "(in pratica unaridondanzatrasmissiva attraverso una rete alternativa di trasmissione dati). "Isatellitinon sono in grado di gestire lo stesso volume ditraffico- si legge - la loro capacità non è neanche paragonabile ". E il punto su cui riflettere è che il bisogno sempre maggiore dibandaè soddisfatto quasi esclusivamente da cavi sottomarini. Cresce la dipendenza dalla comunicazione e più tecnologia significa quindi anche più esposizione al rischio di guasti/malfunzionamenti.

Potrebbero anche verificarsi sabotaggi umani legati aterrorismoe pirateria, ma anche eventi naturali (es.disastri naturali) o fortuiti. I punti di maggiore densità sono: loStretto di Luzona sud diTaiwan,loStretto di Malaccae ilMar Rosso. Nel gennaio 2008, unarottura dei cavi sottomariniha bloccato i collegamenti tra Europa e Stati Uniti, da una parte, Egitto, India e Paesi del Golfo Persico dall'altra.Risalendo nel tempo, a dicembre 2006 unterremotoal largo delle coste meridionali diTaiwanha rallentato il traffico telefonico e Internet in buona parte dell'Asia orientale.

Le ricadute di un evento simile sarebbero anche e soprattutto economiche e di tipo traumatico. Steve Malphrus della federal Reserve Usa ha scritto: "Quando i network di comunicazione cadono, non è che i servizi finanziari rallentino fino ad arrestarsi. Crollano". Così, varielobbyethink tanksono già all'opera per promuovere quella che si potrebbe definire una mega opera pubblica su scala planetaria. Ci sono interessi strategici (chi controllerà la rete?) e fortissimi interessi economici in ballo: quanto costerà una "dorsale di backup globale"?

Tipologie di cavi

Cavi per telecomunicazioni

I cavi per le telecomunicazioni sono destinati a trasportaresegnali elettricio ottici di tipoanalogicooppure, ormai quasi esclusivamente,digitali.Ciò che è importante in questo caso è la fedeltà del segnale trasferito e labanda passante,ovvero la quantità di informazione trasportabile. Maggiore è questo parametro, migliore è la resa economica dell'impianto.

I primi cavi contenevano un unico filo conduttore circondato da isolante, e l'acqua agiva da schermo e massa. I cavi in rame attuali sono di tipocoassiale,con uno o più conduttori circondati da una calza metallica che agisce da schermo. L'attenuazione del segnale causata dallaresistenza elettricadel materiale richiede che periodicamente lungo il cavo (ogni diversi chilometri) siano presenti degliamplificatori. Grazie allamicroelettronicadaglianni cinquantaquesti dispositivi vengono inclusi in un ingrossamento del cavo e possono operare immersi a grande profondità.

Una rivoluzione tecnologica si ebbe neglianni ottantacon l'introduzione dellafibra ottica,divenuta ormai la tecnologia di elezione per i cavi sottomarini per telecomunicazioni. Rispetto al rame le fibre ottiche sono infatti immuni ai disturbi elettromagnetici, attenuano in misura molto inferiore il segnale (permettendo una maggiore distanza tra gliamplificatori ottici) ed hanno una capacità di trasporto enormemente superiore; per ovviare le attenuazioni ottiche, alcuni tratti delle fibre ottiche vengono drogate con atomi diErbio,utilizzato come amplificatore luminoso. Inoltre, è necessario collocare dei ripetitori (dal peso di 500 kg l'uno) ogni 50–60 km, poiché il segnale tende a decadere.

Cavi per trasporto di energia

Il trasporto di elettricità sotto il mare deve tenere conto delle perdite di energia attraverso l'isolante e pereffetto Joule. In generale si preferisce trasferire l'energia sotto forma dicorrente continuaadalta tensione(HVDC), poiché rispetto allacorrente alternatarichiede un minore strato isolante a parità ditensioneefficace e non presenta perdite causate dallacapacitào dalla corrente reattiva. Per essere interfacciata con la rete elettrica di distribuzione a corrente alternata, alle due estremità della linea sono presenti dueinverterelettronici (un tempo erano usati convertitori rotanti).

La linea è spesso reversibile, in grado cioè di condurre l'elettricità in un senso o nell'altro a seconda delle necessità delle reti interconnesse.

Nei sistemi di trasmissione HVDC sottomarini normalmente uno dei due poli viene posto a terra in questo modo si può operare nelle seguenti due configurazioni:

• Monopolarein cui il circuito di ritorno è costituito dalla terra stessa, questo sistema presenta, però, alcune limitazioni all'impiego dovute ai fenomeni dicorrosioneelettrochimicaed è causa di disturbo allebussolemagnetiche delle navi ed alle attrezzature elettroniche in genere. Un esempio di questo tipo è la connessionebalticafraGermaniaeSveziain cui il collegamento è effettuato da due conduttori che lavorano però in parallelo.
• Bipolarein cui il cavo di ritorno non necessita di isolante in quanto la tensione riferita alla terra è 0, di conseguenza il cavo risulta molto più economico. Con un collegamento bipolare si eliminano gli effetti negativi legati al sistema monopolare.

L'impianto può essere anche realizzato inizialmente con un sistema monopolare per poi essere trasformato successivamente in un sistema bipolare con l'aggiunta di un secondo conduttore.

Il trasporto in corrente alternata richiede la presenza dopo un certo tratto di un grossosolenoidedi carico, che non può essere collocato in fondo al mare; questo limita la distanza che può essere coperta.

Statistiche

SecondoTeleGeography,al 2024 sono attivi o pianificati 550 cavi che veicolano il 99% del traffico Internet intercontinentale.

I cavi sono composti dai 12 ai 16 fili difibra otticae installati a una media di 3.6 km di profondità nell'oceano. I cavi più recenti veicolano 250 gigabit di traffico al secondo.

Dal 2019 al 2024 la richiesta di banda è triplicata fino a 3.800terabital secondo.

Nel 2012Amazon,Google,MetaeMicrosoftsfruttavano il 10% della banda internazionale; al 2024 la quota è passata al 75%.

Sedici cavi sottomarini per la trasmissione dei dati passano per 1.200 miglia attraverso il Mar Rosso prima di salire sulla terraferma in Egitto e raggiungere il Mar Mediterraneo, collegando l’Europa all’Asia. È una delle principali strozzature delle rete e uno dei luoghi più vulnerabili di Internet.

Bibliografia

• V. Cantoni, G. Falciasecca e G. Pelosi,Storia delle telecomunicazioni,vol. 1, Firenze University Press, 2011.
• R. M. Black,The History Of Electric Wires And Cables,vol. 1, IET, 1983.

Voci correlate

• Transatlantic Communications Cable
• Pacific Light Cable Network
• Fibra ottica
• Telegrafo
• Elettrodotto
• Rottura di cavi sottomarini internazionali del 2008

Altri progetti

Altri progetti

• Wikimedia Commons

• Wikimedia Commonscontiene immagini o altri file sucavo sottomarino

Collegamenti esterni

• (EN)Undersea cable,suEnciclopedia Britannica,Encyclopædia Britannica, Inc.
• TeleGeography Interactive Cable Map,susubmarinecablemap.com.
• Storia del cavo transatlantico e della telegrafia sottomarina,suatlantic-cable.com.URL consultato il 20 agosto 2007(archiviato dall'url originaleil 20 agosto 2007).