La révolution du réseau électrique : les supraconducteurs transforment l’énergie de demain pour une transition sûre et efficace

Alors que la demande en véhicules électriques, en production d’hydrogène et en systèmes de chauffage et de climatisation s’accélère, les réseaux électriques sont soumis à une pression sans précédent. Cependant, une grande partie des réseaux câblés actuels, notamment en Europe occidentale, en Amérique du Nord et au Japon, datent déjà de plusieurs décennies et n’ont jamais été conçus pour supporter les charges actuelles.

Prenons l’exemple d’un opérateur de réseau de distribution à New York, dont le réseau câblé a plus de 50 ans et fonctionne presque à pleine capacité. L’ajout de nouvelles charges, provenant de véhicules électriques et de pompes à chaleur, accélère non seulement le vieillissement des câbles existants, mais limite également la capacité de connexion de nouvelles productions renouvelables en raison de contraintes thermiques et de tension. Le remplacement ou la modernisation de ces câbles par des solutions haute tension conventionnelles nécessite des travaux d’excavation importants en zone urbaine, où le sous-sol est déjà encombré d’infrastructures de télécommunications, d’eau, de gaz et de transport.

Même lorsque l’installation est techniquement possible, les restrictions environnementales, les frais de location de voies et les frais de gestion du trafic peuvent augmenter le coût des projets de plusieurs centaines de milliers de dollars. L’acquisition de terrains pour des tracés de câbles plus larges complique encore la tâche, en particulier lorsque les emprises existantes ne permettent pas l’espacement nécessaire aux câbles conventionnels, qui nécessitent une séparation importante pour gérer les effets de la chaleur et les interférences électromagnétiques.

Parallèlement, les exigences de sécurité et de fiabilité ne cessent de croître. Les réseaux doivent fournir de l’électricité sans coupures, pannes, défaillances en cascade ou pannes de courant. Ils doivent gérer les courants de défaut susceptibles d’endommager des actifs critiques tels que les transformateurs et les appareillages de commutation. Face aux attentes croissantes du public, les réseaux doivent minimiser les interférences électromagnétiques, réduire les émissions de CO₂, recycler les équipements obsolètes de manière responsable et rassurer les populations quant à la sécurité.

Ce scénario se joue dans les grandes villes du monde entier, tandis que les zones rurales sont confrontées à leurs propres contraintes d’infrastructures. Répondre aux besoins d’électrification à grande échelle nécessitera des mises à niveau d’infrastructures massives : les réseaux auront besoin d’environ 80 millions de kilomètres de câbles neufs ou rénovés d’ici à 2040, et les systèmes conventionnels ne peuvent à eux seuls répondre à la demande.

Les câbles supraconducteurs à haute température (HTS) et les limiteurs de courant de défaut représentent une approche fondamentalement différente de la transmission d’énergie. Cette technologie exploite la perte totale de résistance électrique qui se produit dans certains matériaux à des températures extrêmement basses, l’une des propriétés clés de la supraconductivité.

Les matériaux HTS nécessitent un refroidissement à environ -200 °C, généralement à l’azote liquide. « Haute température » ​​fait ici référence à la première génération de supraconducteurs, qui nécessite des températures inférieures à -243 °C pour fonctionner. L’azote liquide circule dans des enveloppes cryogéniques, une gaine thermiquement isolée qui entoure le câble. Relativement peu coûteux, ce dernier est sans danger pour l’environnement et plus facile à gérer que de nombreux fluides de refroidissement industriels. Plus important encore, l’énergie économisée grâce à l’élimination des pertes de transmission dépasse l’énergie nécessaire au maintien de l’environnement cryogénique.

L’électricité qui circule actuellement dans votre maison a parcouru des centaines de kilomètres de câbles résistifs conventionnels, perdant environ 10 % de sa puissance en cours de route. Ces déchets, environ 180 TWh par an rien qu’en Europe, suffisent à alimenter trois grandes villes. Les câbles HTS consomment dix fois moins d’énergie pour fournir de l’électricité.

Pourquoi choisir des câbles supraconducteurs ?

Pour les réseaux modernes, les systèmes HTS offrent des avantages considérables par rapport aux alternatives conventionnelles, notamment en milieu urbain dense :

• Gain d’espace et économie : les câbles HTS ne génèrent ni chaleur ni champs électromagnétiques, quelle que soit la charge le long du tracé, de sorte qu’aucune séparation de phase n’est nécessaire. Les câbles peuvent être enterrés à n’importe quelle profondeur et à proximité d’autres réseaux multi-énergies sans tunnels coûteux ni conduits spécialisés, réduisant ainsi les emprises jusqu’à un dixième de la largeur des systèmes conventionnels. Dans les villes où le coût du terrain se chiffre en dizaines de milliers de dollars par mètre, cet avantage est révolutionnaire.
• Capacité de transport considérable : un seul câble HTS peut transporter plus de 3 gigawatts. Moins de circuits et des mises à niveau minimales des sous-stations sont nécessaires, tandis que les rénovations permettent de multiplier la capacité des tunnels sans travaux majeurs, avec des pertes électriques minimales, voire nulles, en courant continu.
• Empreinte environnementale réduite : des travaux d’excavation réduits et une obtention de permis simplifiée permettent de raccourcir les délais des projets et de réduire l’opposition du public.
• Résilience : Les câbles supraconducteurs entièrement blindés sont résistants aux intempéries, hautement sécurisés et quasiment exempts de champs électromagnétiques parasites. Ainsi, la disponibilité de l’électricité est préservée même en cas de perturbation du réseau.

Une équation gagnante !

• Sources d’énergie disponibles en tout lieu : les câbles HTS gèrent les panneaux solaires sur toits, les piles à combustible et les parcs éoliens isolés.
  
• Protection automatique : les SFCL limitent instantanément les courants de défaut, sans aucun contrôle actif.
• Réseaux intelligents et résilients : les SFCL permettent d’augmenter l’offre et la demande, améliorant ainsi la fiabilité et favorisant l’intégration de la production décentralisée ou à distance.
  
• Prêts pour l’électrification : les réseaux accompagnent la montée en puissance de la recharge des véhicules électriques et les charges industrielles sans nécessiter d’infrastructures lourdes supplémentaires.

Prêt pour une révolution des réseaux supraconducteurs ?

Les exigences en matière d’infrastructures, la maturité technologique et une solide analyse de rentabilité s’alignent pour soutenir l’adoption généralisée des HTS. Des entreprises comme Nexans, implantées en Allemagne, en France et en Norvège, ont développé une expertise de pointe sur l’ensemble de la technologie supraconductrice et contribuent à l’élaboration de normes internationales qui accéléreront son déploiement mondial.

La question n’est pas de savoir si la technologie supraconductrice transformera les réseaux électriques, mais de savoir avec quelle rapidité les services publics, les gouvernements et les investisseurs reconnaîtront cette opportunité. Les opérateurs de réseaux qui agiront rapidement bénéficieront d’avantages concurrentiels significatifs en termes d’efficacité, de fiabilité et de capacité. Ceux qui patienteront risqueront de se retrouver limités par les limitations d’infrastructure que la technologie supraconductrice est censée résoudre.