Câbles supraconducteurs : capacité de transmission maximale, pertes énergétiques proches de zéro

Nos câbles supraconducteurs compacts, éprouvés sur le marché, transforment les réseaux urbains d’énergie en permettant à leurs opérateurs d’augmenter le courant transporté en moyenne tension, tout en réduisant l’emprise au sol et l’investissement nécessaire et en éliminant les dégagements de chaleur et les champs électromagnétiques.

Qu’est-ce que la supraconductivité ?

La supraconductivité est la perte de résistance électrique qui se produit dans certains matériaux lorsqu'ils sont refroidis à une température extrêmement basse.

Ce phénomène, découvert en 1911, a des conséquences majeures sur la manière avec laquelle l’électricité est transmise et distribuée. En intégrant des fils ou rubans supraconducteurs dans les câbles, il est possible de créer des conducteurs électriques quasi parfaits.

Les câbles supraconducteurs destinés à la transmission de l'électricité sont fabriqués à partir de matériaux connus sous le nom de supraconducteurs à haute température (HTS). Dans ce contexte, le mot "haute" est relatif au zéro absolu. Malgré leur nom, les supraconducteurs à haute température doivent être maintenus à une température extrêmement basse (moins 200 degrés centigrades). Le refroidissement est réalisé à l'aide d'une enveloppe cryogénique - une gaine thermiquement isolée qui entoure le câble. Le liquide de refroidissement utilisé est l'azote liquide. Il est relativement peu coûteux, facile à gérer et inoffensif pour l'environnement.

Entretien avec Jacques Lewiner (physicien et inventeur) sur la supraconductivité

Nexans est un leader mondial de la technologie des superconducteurs* haute température (HTS) pour les applications de réseaux électriques. Notre offre comprend à la fois des câbles SHT et des limiteurs de courant de défaut HTS. Découvrons ces produits plus en détail.

Câbles SHT – transformer l’énergie urbaine

Les gestionnaires de réseau de transport d’électricité (GRT), les gestionnaires de distribution d’électricité (GRD) et les opérateurs ferroviaires ont besoin d’un moyen de satisfaire la demande croissante d’énergie dans les villes et les réseaux de transport. Les câbles Nexans HTS sont conçus pour répondre à cette demande.

  • Empreinte au sol minimale – les droits de passage des câbles HTS sont jusqu’à dix fois plus compacts que les câbles conventionnels. Moins de câbles sont nécessaires et il n’y a pas besoin d’espacement entre les phases. Cela réduit le besoin en droits de passage, minimise les perturbations pour les riverains, accélère le déploiement et contribue à limiter les coûts.  
  • Économies d’énergie – les câbles supraconducteurs sont des conducteurs ultra-efficaces à résistance nulle ou quasi nulle. L’économie d’énergie ainsi obtenue est supérieure à l’énergie dépensée pour maintenir les conducteurs à basse température. En revanche, les systèmes de transmission longue distance conventionnels utilisant des conducteurs en aluminium et en cuivre connaissent des pertes de puissance de près de 10 %. Cela représente environ 180 TWh par an rien qu’en Europe – soit l’équivalent du volume permettant d’alimenter trois villes.
  • Impact thermique nul – les câbles supraconducteurs n’émettent pas de chaleur, indépendamment leur puissance. Cela présente trois avantages importants. Premièrement, cela signifie que les câbles HTS peuvent être enfouis directement dans le sol, ce qui accélère la livraison du projet et réduit les coûts, et permet de disposer d’un système plus profond que les câbles conventionnels, car l’échappement de chaleur n’est pas un problème. Deuxièmement, l’absence d’échauffement signifie qu’il n’y a pas de réduction de la capacité de transmission lorsque d’autres câbles sont acheminés à proximité. Troisièmement, il n’y a pas d’effet desséchant du sol – une considération clé si les câbles HTS côtoient les câbles conventionnels.
  • Pas besoin de tunnels – comme indiqué ci-dessus, les câbles HTS peuvent être enfouis directement. Ainsi, il n’est plus nécessaire de disposer de tunnels ni de tuyaux pour les câbles, même dans les projets de transport de grande capacité. Si des tuyaux ou tunnels existent déjà, le montage ultérieur de câbles HTS en lieu et place de câbles conventionnels augmente considérablement la capacité de transmission de ces éléments.
  • Champs Electro Magnétiques (CEM) réduits – Les câbles SHT sont entièrement blindés pour empêcher la génération de champs électromagnétiques parasites, minimisant donc les effets sur les infrastructures environnantes et apaisant les préoccupations du public concernant les CEM.

Innovation de pointe : nos références comprennent le projet de câble LIPA 138kV AC à Long Island aux États-Unis, et la liaison Ampacity 10kV AC à Essen en Allemagne – l’un des plus long câble supraconducteur au monde, en opération pendant sept ans.

Entretien avec Charles Beigbeder, PDG Audacia, sur les câbles supraconducteurs

Six questions sur les systèmes de câbles supraconducteurs

Les systèmes de câbles supraconducteurs peuvent-ils permettre de réaliser des économies ?

Oui. Le plus grand potentiel d’économies se trouve dans les projets où les câbles HTS moyenne tension sont utilisés en remplacement de systèmes de câbles haute ou moyenne tension conventionnels en milieu urbain. Les économies sont réalisées grâce à la réduction d’empreinte au sol, des travaux de génie civil et des droits de passage, ainsi qu’à une réduction des besoins en transformateurs et sous-stations HT dans les centres-villes.

Quelle est la longueur optimale pour les câbles HTS ?

Les projets SHT actuels sont compris entre 200 m et 10 km (6 miles). Cependant, il n’existe pas de limite technique à la durée d’un câble HTS. Nexans fabrique des câbles supraconducteurs dans des longueurs de tourets d’environ 500 m pour faciliter la manipulation sur site.

Ai-je besoin d’une nouvelle expertise pour gérer les câbles supraconducteurs une fois installés ?

Un système de câbles HTS est géré de la même manière qu’un système de câbles conventionnel. La seule différence réside dans la nécessité de gérer le système cryogénique. Le refroidissement est réalisé à l’aide d’équipements disponibles dans le commerce.

Les câbles HTS ont-ils des exigences de maintenance spéciales ?

Hormis l’inspection et la maintenance de routine du système de refroidissement, il n’existe pas d’exigences particulières de maintenance associées aux câbles HTS.

Les câbles supraconducteurs sont-ils durables ?

Les systèmes de câbles HTS sont utilisés dans les applications de réseau depuis plus de huit ans, avec un succès total. Point clé concernant les câbles supraconducteurs : ils sont moins sensibles au vieillissement que les câbles conventionnels. En effet, la température extrêmement basse dans le câble HTS minimise l’échauffement, prolongeant la durée de vie de l’isolation dans le câble. En revanche, l’échauffement fait partie des principales causes de dégradation de l’isolation et de vieillissement des câbles conventionnels. Cela suggère que la durée de vie des câbles HTS est probablement égale ou potentiellement supérieure à celle des câbles non HTS. 

Que se passe-t-il en cas de câble endommagé ?

Le liquide de refroidissement utilisé dans les systèmes de câbles HTS est l’azote, chimiquement inerte à la fois dans son état liquide et gazeux. Il n’est en aucun cas nocif pour l’environnement.

Limiteurs de courant de défaut supraconducteurs (SFCL)

Protéger les actifs du réseau avec une protection rapide contre les courants de défaut

La demande croissante d'électricité et l'augmentation de la production décentralisée signifient que les réseaux de distribution sont plus sollicités que jamais. L'une des conséquences de cette situation est le risque croissant de courants de défaut causés par des courts-circuits. Les courants de défaut peuvent endommager des actifs critiques tels que les transformateurs et les dispositifs de commutation. Ils peuvent également entraîner des coupures de courant, avec de graves conséquences pour les entreprises et les consommateurs.

Les limiteurs de courant de défaut supraconducteurs (SFCL) sont conçus pour relever ces défis. En fonctionnement normal, le SFCL permet au courant de circuler facilement et sans pertes.

Les limiteurs de courant de défaut supraconducteurs peuvent être utilisés dans tout type de réseau de distribution. Il s'agit notamment des réseaux électriques privés pour les chemins de fer et l'industrie. Un point essentiel est que les SFCL peuvent être utilisés en conjonction avec n'importe quel type de câblage de distribution - non seulement les câbles supraconducteurs, mais aussi les câbles conventionnels en cuivre et en aluminium.

WHAT'S WATT: Les autres super pouvoirs de la supraconductivité

Écoutez nos podcasts sur la supraconductivité (French only)

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