Les câbles supraconducteurs, miracles de connectivité électrique
Électrification de demain
06 septembre 2023
6 min
Superconducting cables

La supraconductivité suscite actuellement un vif intérêt et des débats passionnants, alimentés notamment par la recherche sur les supraconducteurs à température et pression ambiante dont la découverte provoquerait une révolution technologique. Les nombreuses questions soulevées par ces travaux rappellent les défis scientifiques que les chercheurs ont dû surmonter lorsqu’ils ont découvert les supraconducteurs à haute température en 1986. Retour sur cette technologie cruciale pour l’industrie du câble, en explorant les avancées récentes, les défis persistants, mais aussi comment Nexans fournit le tout premier système de câbles supraconducteurs au monde intégré à un réseau ferroviaire.

Alors que nous nous dirigeons vers un avenir tout électrique, la nécessité d’augmenter l’approvisionnement en énergie dans les villes devient de plus en plus urgente. Le besoin de résilience est tout aussi important : l’électricité devenant la principale source d’énergie, l’approvisionnement devra être fiable à 100 %. Les temps d’arrêt ne sont pas une option.

Pourquoi les supraconducteurs ?

Les câbles supraconducteurs sont des miracles de connectivité électrique. Ils présentent des qualités uniques qui les rendent parfaitement adaptés aux projets.

Tout d’abord, les câbles supraconducteurs peuvent transporter des courants extraordinairement élevés, bien supérieurs à ceux des câbles classiques en cuivre ou en aluminium. Il est donc possible de transmettre et de distribuer l’électricité à des tensions relativement faibles. En pratique, cela signifie qu’il est moins nécessaire d’installer des sous-stations dans les centres-villes, ce qui représente une économie importante.

Deuxièmement, les supraconducteurs peuvent transmettre une énorme quantité de puissance par rapport à leur taille. Par exemple, un seul câble supraconducteur d’un diamètre de 17 cm seulement peut transmettre 3,2 GW, soit suffisamment pour alimenter une grande ville. Les couloirs pour les câbles supraconducteurs peuvent être aussi étroits qu’un mètre, ce qui signifie qu’ils peuvent être déployés avec un minimum de perturbations.

Enfin, les câbles supraconducteurs ne produisent pas de chaleur et peuvent être entièrement blindés d’un point de vue électromagnétique, ce qui évite toute interférence avec les réseaux d’électricité, de télécommunications et de canalisations qui sillonnent généralement les villes. Bon nombre des contraintes qui régissent l’acheminement des câbles ne s’appliquent pas lorsque des supraconducteurs sont utilisés.

En outre, les supraconducteurs sont incroyablement efficaces. Les câbles supraconducteurs ont une résistance extrêmement faible lorsqu’ils transportent un courant alternatif et aucune résistance lorsque le courant est continu, de sorte que les pertes sont minimes.

superconductor-cable-nexans

Une première pour le rail

Nexans travaille avec la SNCF, la société nationale des chemins de fer français, sur un projet pionnier visant à renforcer l’alimentation électrique de la gare Montparnasse à Paris à l’aide de câbles supraconducteurs.

Montparnasse est l’une des gares les plus fréquentées de France et accueille plus de 50 millions de voyageurs par an. Ce chiffre devrait dépasser les 90 millions d’ici 2030. Pour faire face à cette nouvelle demande, il faudra des trains supplémentaires – et de l’énergie supplémentaire.

Comme pour toute mise à niveau de l’alimentation électrique d’un centre-ville, le grand défi à Montparnasse était de trouver un moyen de mettre en place une nouvelle alimentation électrique sans avoir à creuser les routes environnantes, ce qui peut être un processus long, coûteux et perturbateur.

Heureusement, le chemin de câbles existant entre la gare Montparnasse et la sous-station qui la dessert disposait de conduits de rechange. Malheureusement, il n’y en avait que quatre. L’utilisation de câbles en cuivre classiques pour fournir la puissance requise nécessiterait une douzaine de câbles. Que pouvait-on faire ?

Les câbles supraconducteurs sont la solution. La solution de Nexans n’utilise que deux câbles, chacun d’un diamètre inférieur à 100 mm, afin de pouvoir les enfiler facilement dans les conduits existants. Malgré leurs petites dimensions, chaque câble est capable de transporter 5,3 MW, soit 3500 A à 1500 VDC – une énorme quantité d’énergie électrique.

Ce projet est d’autant plus important qu’il s’agit de la toute première utilisation de câbles supraconducteurs en France et de la première intégration de supraconducteurs dans un réseau ferroviaire dans le monde. La nouvelle alimentation électrique de Montparnasse sera mise en service en 2023.

Que nous réserve l’avenir ?

Le projet Montparnasse souligne l’énorme potentiel des systèmes de câbles supraconducteurs pour renforcer l’alimentation électrique des villes, en particulier lorsque les contraintes de site limitent l’utilisation des câbles classiques en cuivre et en aluminium.

Mis à part le transport ferroviaire, les systèmes de câbles supraconducteurs sont appelés à jouer un rôle de plus en plus important dans la satisfaction de la demande croissante d’électricité. Celle-ci est alimentée par de nouvelles utilisations commerciales – telles que les centres de données – et par de nouvelles sources de consommation domestique, notamment la recharge des véhicules électriques, les pompes à chaleur et la climatisation.

En plus de répondre à la demande accrue d’énergie en vrac, les systèmes supraconducteurs joueront un rôle essentiel dans le renforcement de la résilience des réseaux électriques urbains.

Le projet REG (Resilient Electric Grid) à Chicago, aux Etats-Unis, souligne cette orientation. Nexans a conçu, fabriqué et installé un câble supraconducteur pour le système REG, qui contribue à prévenir les pannes de courant en interconnectant et en partageant la capacité énergétique excédentaire des sous-stations voisines, et en empêchant les courants de défaut élevés.

Nexans est le leader mondial des systèmes de câbles supraconducteurs. Grâce à nos capacités uniques en matière de R&D, d’innovation, de test, de fabrication et de déploiement, nous sommes parfaitement placés pour aider nos clients, partenaires et parties prenantes à se préparer à électrifier l’avenir.

IoT et électrification : Les innovations qui façonnent l’avenir
Transformation digitale
18 avril 2023
10 min
Internet of Things IoT

Internet des objets et produits connectés : les enjeux pour le futur

En 2030, on estime que le nombre d’objets connectés s’élèverait à 30 milliards dans le monde, dont 244 millions en France, selon l’ADEME (Agence de la transition écologique) et l’Arcep (Autorité de régulation des communications électroniques, des postes et de la distribution de la presse). Cela vaut aussi bien pour les objets de la vie quotidienne que pour les équipements professionnels.

L’Internet des objets (IoT, « Internet of Things » en anglais) est donc un marché au fort potentiel de développement qui laisse entrevoir de belles opportunités tant pour les particuliers que les professionnels. Avec son développement, l’IoT apporte de nouvelles solutions innovantes pour l’électrification. Les industriels pourront gagner en productivité sur leurs installations et les particuliers pourront réduire leur consommation énergétique. Quel que soit le secteur concerné, sa croissance est de 15 à 20 % par an.

Retour sur le concept, les perspectives d’exploitation pour l’électrification et les enjeux de l’Internet des objets.

Mieux comprendre le principe de l’Internet des Objets

L’Internet des Objets (IoT) est un réseau d’appareils connectés comprenant des microprogrammes intégrés, des capteurs et une connectivité permettant de communiquer avec l’internet. Il peut s’agir d’appareils électroménagers, de compteurs électriques ou de tourets.

L’IoT permet à ces produits de base de devenir “intelligents”. Ils peuvent ainsi collecter des données, les traiter localement, les partager en ligne ou avec d’autres appareils pour une analyse plus approfondie. Ils peuvent ensuite prendre des mesures pour améliorer les opérations ou automatiser des tâches.

Le transfert de données en ligne permet de mettre en place un écosystème intelligent, où l’usage des équipements est réfléchi et modulable. On parle alors de Smart Home pour un logement, de Smart City pour une ville, ou de Smart Grid pour un réseau électrique. Avec 35 millions de compteurs intelligents en France, l’électrification est l’un des secteurs les plus numérisés grâce à l’IoT. Celui-ci est d’ailleurs amené à évoluer encore avec l’annonce d’Enedis de déployer 250 000 capteurs sur le réseau en France dans les 5 prochaines années.

Le potentiel d’exploitation offre de nombreuses perspectives. C’est notamment le cas d’un environnement domotique capable d’administrer la consommation énergétique d’un lieu. Afin que la communication demeure effective entre les objets connectés, il est nécessaire de prévoir l’aménagement de dispositifs dédiés. Parmi ceux-ci figurent des modules à ondes radio, des capteurs, des routeurs cellulaires, ainsi que des passerelles. Des équipements indispensables pour gérer les flux de données et faire face aux enjeux de l’Internet des objets.

Les contribution de l’IoT à l’électrification : des solutions innovantes

L’Internet des objets (IoT) offre de nombreuses solutions pour l’électrification en créant de la valeur pour les consommateurs et les entreprises :

  • Gestion de la consommation d’énergie : l’IoT peut aider les consommateurs à surveiller leur consommation d’énergie et à la gérer de manière plus efficace en leur permettant de suivre en temps réel leur consommation d’électricité et de gaz. Les appareils intelligents connectés peuvent également être programmés pour éteindre automatiquement lorsqu’ils ne sont pas utilisés, réduisant ainsi les coûts d’énergie.
  • Surveillance des équipements : grâce à l’IoT, les entreprises peuvent surveiller à distance leurs équipements, tels que les panneaux solaires et les éoliennes, pour s’assurer qu’ils fonctionnent correctement et optimiser leur production d’énergie.
  • Stockage de l’énergie : l’IoT peut jouer un rôle dans la gestion du stockage de l’énergie, en aidant à la surveillance des niveaux de stockage et en optimisant la charge et la décharge des batteries.
  • Réduction des coûts : l’IoT aide à réduire les coûts d’exploitation et de maintenance en permettant une maintenance prédictive, en réduisant les temps d’arrêt et en optimisant la supply chain et l’utilisation des ressources.
  • Optimisation des réseaux : l’IoT permet d’optimiser les réseaux électriques en surveillant la demande d’énergie en temps réel et en ajustant la production en conséquence. Cela peut favoriser une réduction des coûts de production d’énergie et une optimisation de la distribution de l’énergie.

Les défis et les enjeux des produits connectés

Qu’ils soient d’ordre pratique ou économique, on distingue plusieurs enjeux à l’exploitation de l’Internet des objets.

La communication IoT

Lorsque vous avez des produits répartis partout dans le monde, le premier défi à relever est la connectivité / connexion. Cela passe par les centres-villes jusqu’aux zones les plus isolées, qui sont moins couvertes par les réseaux de télécommunication. Pour relever ce défi et garantir une meilleure évolutivité, Nexans utilise différents protocoles de communication et s’associe à des opérateurs de télécommunications du monde entier.

Il est nécessaire de prévoir l’intégration des composants précédemment évoqués, comme des routeurs ou des capteurs. Le déploiement d’un réseau IoT s’appuie sur trois grands principes :

  • la portée des équipements et des produits connectés ;
  • la consommation énergétique ;
  • les besoins et la capacité de la bande passante.

À l’échelle locale, nationale ou mondiale, il faut donc adapter les moyens disponibles à la complexité de l’infrastructure. D’où l’importance de mettre en place des partenariats entre différents experts, à l’instar de celui entre Nexans et Orange initié en 2020.

La cybersécurité dédiée à l’IoT

Si l’efficacité des systèmes IoT est un enjeu incontournable, la cybersécurité doit toujours être au cœur de tout déploiement IoT. En effet, le développement des produits connectés multiplie le risque d’attaques car ceux-ci collectent des données sensibles et représentent une porte d’accès aux systèmes de l’entreprise, souvent ciblée par les pirates informatiques (“hackers”). Cela peut passer par différents supports tels que les ordinateurs ou les objets connectés eux-mêmes.

Une simple caméra peut constituer une porte d’entrée pour accéder au système core. À titre d’exemple, un casino londonien a été victime d’un vol de données. Les hackers ont exploité les failles d’un thermomètre connecté d’un aquarium, lui-même relié au réseau du casino. Il est donc primordial d’instaurer des protocoles de sécurité rigoureux quant à l’Internet des objets. D’apparence anodine, le moindre équipement peut présenter un risque.

Le business model de l’IoT

Bien qu’il faille considérer la complexité d’intégration, les perspectives de déploiement de l’IoT à grande échelle sont viables. Dans le cadre d’une industrialisation ou d’une exploitation dans la supply chain, l’Internet des objets présente de nombreux avantages :

  • des flux de marchandises plus fluides avec suivi et mises à jour en temps réel ;
  • un travail collaboratif qui gagne en efficacité entre les différents services ;
  • une meilleure organisation dédiée au suivi et au transit des marchandises ;
  • une collecte de données rapide et sécuritaire ;
  • un contrôle des stocks accrus.

Par ailleurs, le service client se veut plus réactif, notamment dans la gestion des problèmes ou des retards de livraison.

Ultracker : la solution Nexans pour optimiser les flux de la supply chain

Chez Nexans, nous avons développé la solution digitale Ultracker, une solution innovante utilisant le potentiel de données collectées via des capteurs IoT, l’intelligence artificielle et les services d’hébergement cloud.

Cette solution permet à nos clients Installateurs et Utilities

  1. d’optimiser leurs « working capital » et les flux logistique
  2. de réduire leur impact carbone en favorisant les retours de tourets de câbles vides plus rapidement.
  3. de réduire les perte et prévenir les vols de câbles.

Grâce aux capteurs IoT intégrés dans nos tourets de câbles, mais également sur nos flottes logistiques de transport ainsi que nos produits autour du câble, nos clients bénéficient d’une meilleure traçabilité, d’un meilleur contrôle des stocks et d’une surveillance à distance des chantiers. Cela limite le gaspillage des matières premières et des équipements.

L’expertise Nexans dans le domaine de l’IoT et les solutions mises en place avec nos partenaires permettent de gérer le cycle de vie des produits et système de câbles, de leur livraison sur chantier au contrôle de la longueur résiduelle des câbles avant leur enlèvement. L’adoption de la solution Ultracker par un leader européen de la distribution électrique montre que le monitoring des câbles via l’IoT permet d’économiser +1 million d’euros par an.

Big data et IA dans l’énergie : le tournant de l’électrification
Transformation digitale
01 mars 2023
12 min
Big data & AI

L’intelligence artificielle (IA) n’est pas si récente qu’on peut le croire. Les premiers modèles remontent aux années 70, mais ces concepts sont restés théoriques jusqu’à ce que nous soyons réellement capables d’apprendre aux ordinateurs à penser par eux-mêmes. Aujourd’hui, l’intelligence artificielle est partout. Elle permet aux ordinateurs et aux appareils connectés au cloud de reproduire des comportements humains tels que le raisonnement, la planification et la créativité. L’intelligence artificielle dépend principalement de la quantité de données qui lui sont fournies. C’est là que le big data joue un rôle déterminant. Avec l’augmentation de la collecte et de l’analyse des données numériques, le big data et l’IA apparaissent désormais comme de riches domaines d’opportunités pour les professionnels de l’électrification.

Le big data et l’IA pour une gestion plus intelligente de l’énergie

Le big data est une tendance majeure dans le secteur de l’énergie. Le réseau électrique devient un réseau intelligent grâce aux données collectées à partir de sources diverses, telles que les compteurs intelligents, les capteurs, les jumeaux numériques. Une fois stockées, ces données constituent une ressource inestimable pour l’industrie afin de prendre de meilleures décisions en matière de production et de consommation d’énergie.

L’électricité a été déployée à grande échelle à la fin du XIXe siècle, ce qui correspond à la première vague d’électrification, de 1880 à 1920. Cette période a vu l’adoption généralisée de l’énergie électrique dans l’industrie et le développement du premier réseau électrique. Est arrivée ensuite la deuxième vague d’électrification, entre 1920 et 1950, avec l’expansion du réseau électrique dans les foyers et le développement de nouveaux appareils électriques tels que les réfrigérateurs, les machines à laver… Au cours de la troisième vague d’électrification, de 1980 à aujourd’hui, nous avons assisté à la croissance de la révolution numérique et au développement de nouvelles technologies telles que les ordinateurs, Internet et les téléphones portables.

Aujourd’hui, la quatrième vague d’électrification, appelée Électricité 4.0, se caractérise par l’intégration de technologies numériques telles que l’intelligence artificielle (IA), l’Internet des objets (IoT) et l’analyse avancée des données dans l’infrastructure électrique.

L’objectif de l’électricité 4.0 est de créer un système électrique plus intelligent, plus efficace et plus durable, capable de répondre à l’évolution rapide de la demande (+20% d’ici 2030, +40% d’ici 2040).

L’électricité 4.0 devrait permettre d’optimiser l’utilisation des actifs existants, d’intégrer les sources d’énergie renouvelables dans le réseau, d’accroître l’efficacité énergétique, de réduire les émissions de gaz à effet de serre, d’améliorer la stabilité du réseau, de réduire les coûts pour les clients et de fournir des services énergétiques plus fiables et plus flexibles aux clients.

De plus, l’IA générative et les modèles adjacents changent la donne. En effet, la technologie de support atteint un nouveau niveau, le temps de développement des applications est réduit et des capacités puissantes sont mises à la portée des utilisateurs non techniques.

Tout récemment, nous avons vu le buzz autour de ChatGPT et ce qu’il peut accomplir. Par exemple, si nous posons la question “quel est l’impact du big data et de l’IA sur l’électrification”, nous devons admettre que la réponse de ChatGPT n’est peut-être pas parfaite mais elle est tout de même très impressionnante.

Explique comment le big data et l'intelligente

Ces technologies auront certainement un impact sur le monde de l’électrification. Mais l’IA dépend principalement de la quantité et de la qualité des données qui seront utilisées pour apprendre. Le big data fournit les capacités de stockage et de traitement nécessaires pour éduquer l’IA en la nourrissant d’un grand nombre d’informations.

Le Machine Learning et l’IA constituent le combo gagnant pour exploiter efficacement le big data. Il s’agit d’identifier des modèles via le data mining et plus généralement la data science.

Big data: le cloud a gagné

A l’ère du big data, la fameuse vague 2 de ” move to cloud ” annoncée par les fournisseurs est en cours et s’accélère. Pour rappel, la première phase de migration vers le cloud est la phase de découverte qui permet d’analyser les forces et faiblesses d’une infrastructure et de déterminer les besoins futurs.

Le nombre de détracteurs diminue chaque jour, les questions de confidentialité et de souveraineté sont à la fois résolues par les engagements stratégiques des “clouders” et balayées par la facilité d’utilisation… Tous les secteurs – banques, télécoms, assurances, etc. – adoptent rapidement des solutions de big data hébergées dans le cloud.

Les premiers changements de paradigme apparaissent dans le monde de l’électrification, sous l’impulsion notamment d’opérateurs tels que Total Energie ou Schneider. On peut également noter la prédominance des services estimés Azure de Microsoft Vs Aws d’Amazon dans le domaine du cloud public lié au big data.

Explorer les défis de l’IA générative et du Big Data en 2023

L’IA générative promet de faire de 2023 l’une des années les plus passionnantes pour l’IA et, par extension, pour le big data !

Il ne faut pas oublier que les prouesses de ChatGPT sont basées sur le net enregistré en 2021, mais, comme pour toute nouvelle technologie, le pragmatisme et la mesure sont de mises, car la technologie présente de nombreux défis :

  • Ethique : quelle souveraineté pour les données ? Quelle protection pour les données personnelles ? Quel engagement de transparence et de lisibilité par les acteurs ?
  • Environnement : L’IA et le big data constituent un paradoxe dans la mesure où ils sont à la fois une solution pour optimiser la consommation d’énergie et la mobilisation des ressources, mais aussi une cause de cette augmentation ;
  • Cybersécurité : L’IA et le big data dans le domaine de l’énergie reposent en grande partie sur des instruments de mesure, donc sur l’IoT, offrant une surface de sécurité toujours plus importante ;
  • Modèle économique : si la valeur de l’IA dans le domaine de l’énergie n’est plus à démontrer, le modèle économique associé aux services est très complexe. Par exemple, si l’on prend le segment résidentiel, l’assistant virtuel Chat GPT a fait le buzz tout comme Amazon avec l’annonce d’un licenciement massif, notamment de la division Alexa (l’assistant virtuel d’Amazon), dans la même semaine ;
  • Talents : le développement de services numériques nécessite l’intégration d’excellentes compétences techniques, mais pas seulement. C’est l’ensemble du modèle opérationnel qui est à reconstruire. La dimension humaine est l’un des plus grands défis portés par l’IA et le big data : attractivité, sens du travail, conditions, etc.

L’analyse du big data combinée à l’intelligence artificielle comporte également divers risques. Parmi les principales préoccupations, citons les conséquences involontaires de la prise de décision automatisée, le risque accru de cyberattaques en raison de la dépendance à la technologie, les prédictions inexactes conduisant à de mauvaises décisions, la confiance excessive dans les algorithmes au lieu du jugement humain, le manque de transparence dans le processus de développement, etc….

Big data et IA pour Nexans

L’IA dans le domaine de l’énergie est le plus souvent portée par un système phygital, c’est-à-dire logiciel + matériel. A cet effet, une part importante de notre travail en termes d’IA et de big data concerne la mise en place d’un apprentissage basé sur les réseaux neuronaux. Le rôle de ces derniers est de traduire en chiffres des images ou des textes issus d’instruments de mesure (thermomètres, drones, etc.). L’objectif de ces approches est de comprendre les récurrences, de les dater, de les prédire et de les localiser. Nous sommes dans l’IA pour le “grid sensing”.

L’une des activités importantes dans le domaine de l’électrification est la surveillance des réseaux pour tous les segments : production, transmission, distribution et utilisation de l’électricité dans les bâtiments et les industries. Cela nécessite le développement et la mise en œuvre de capteurs qui mesurent l’activité électrique tout au long de la chaîne de valeur.

C’est déjà le cas dans les économies développées à la maison ou dans l’industrie avec les Smartmeters. Les lignes de transmission à haute tension font également l’objet d’un contrôle systématique de la température et de la tension. Les réseaux de distribution d’électricité à moyenne tension et les réseaux de raccordement des énergies renouvelables distribuées sont moins fréquemment surveillés. Il est donc essentiel d’obtenir des données sur l’ensemble de la chaîne de déploiement de l’électricité.

Une deuxième activité importante est l’analyse des données afin d’optimiser les produits ou les systèmes, ce qui est au cœur de l’intelligence artificielle et du big data.

En termes techniques, nous mobilisons les technologies développées essentiellement pour le domaine du traitement du langage naturel avec les réseaux neuronaux récurrents et plus précisément les réseaux neuronaux convolutifs. En d’autres termes, les infrastructures technologiques de ChatGPT & DALL-E.

Une transition énergétique sur le long terme

Le big data est un sujet tendance qui a d’énormes implications pour le secteur de l’énergie. C’est un outil puissant qui peut être utilisé pour améliorer l’efficacité des systèmes, de la production et de la consommation d’énergie. Il peut également être utilisé pour améliorer les réseaux électriques et les technologies intelligentes.

Grâce au big data, il est possible d’explorer différents scénarios et objectifs liés à la transition énergétique. Cette technologie permet notamment d’analyser comment les différents systèmes et sources d’approvisionnement sont interconnectés et comment ils pourraient être optimisés sur le long terme. Ainsi, elle offre une perspective inestimable pour atteindre une certaine autonomie dans un objectif de transition énergétique à long terme.

Les 3S (smart, small & selectivity) sont les défis des années à venir. Abordés de manière désordonnée aujourd’hui, ils deviendront demain les véritables défis des applications de l’IA :

  • Smart data : Comprendre et surveiller les écosystèmes locaux.
  • Small data : Limiter l’utilisation du big data, très énergivore.
  • Selectivity : Optimiser les ressources nécessaires.
La puissance des jumeaux numériques : révolutionner les stratégies de réduction des émissions de carbone
Transformation digitale
23 février 2023
11 min
Digital twins

Utiliser les jumeaux numériques pour réduire les émissions de CO2

Mentionnée pour la première fois en 1991 par David Gelernter, l’idée du “jumeau numérique” a été appliquée par la NASA dans les années 1960 avec le programme Apollo. C’est l’agence spatiale qui a inventé le terme “jumeau numérique”.

Le concept de jumeau numérique consiste à reconstituer des objets, des processus ou des services physiques dans un environnement virtuel. Son utilisation contribue à améliorer la conception et la fonctionnalité des systèmes, à optimiser leur maintenance et à diagnostiquer d’éventuels problèmes. Les jumeaux numériques sont également devenus de puissants outils d’aide à la décision pour la planification stratégique.

Quel est le principe derrière les jumeaux numériques ?

Un jumeau numérique (Digital twins – DT) est une représentation virtuelle d’un service ou d’un objet physique. Cela va des objets les plus simples aux plus complexes tels que des composants, des pièces mécaniques, des engrenages, des bâtiments, des villes ou encore des réseaux électriques aussi grands qu’un pays. Il comprend également la numérisation des processus industriels.

Le jumeau numérique génère des simulations afin d’observer un scénario potentiel. Les résultats peuvent changer en fonction d’une multitude de facteurs, tels que les conditions environnementales.

au numérique permet de raccourcir la durée de la phase de conception, mais aussi de réduire les coûts d’exploitation et de maintenance. L’utilisation des jumeaux numériques est souvent combinée avec d’autres technologies numériques, telles que l’Internet des objets (IoT), l’intelligence artificielle, le cloud computing. Les principaux domaines d’application se retrouvent dans des secteurs aussi divers que la santé, l’aérospatiale, l’énergie et l’automobile.

Les trois types de jumeaux numériques
Il existe 3 catégories de jumeaux numériques :

Jumeaux numériques de produit

Une représentation virtuelle d’un composant unique ou d’un ensemble plus vaste d’un objet physique, tel qu’un moteur de voiture ou un pont routier.

Jumeaux numériques de processus

Une vue numérique de l’ensemble d’un processus de fabrication ou d’un flux de logistique et de chaîne d’approvisionnement

Jumeaux numériques de systèmes

Une image multidimensionnelle générée d’un système plus complexe tel qu’un bâtiment ou même une ville.

Fonctionnement et conception d’un jumeau numérique

Les jumeaux numériques sont des outils accessibles à un large panel d’utilisateurs. De nombreuses fonctions peuvent bénéficier de leur mise en œuvre :

  • Les concepteurs et les ingénieurs peuvent construire des architectures de réseau optimisées en termes d’efficacité et de coût, ou simuler la résistance d’une machine dans des conditions environnementales sévères (par exemple, le comportement d’une turbine d’avion vibrant à haute fréquence).
  • Les responsables de la chaîne d’approvisionnement et de la production peuvent surveiller des systèmes, tels qu’un réseau électrique ou des flux logistiques, et anticiper des dysfonctionnements ou des défaillances (par exemple, ils peuvent prévoir l’impact d’une perturbation majeure des flux logistiques ou d’une pénurie de matières premières sur l’ensemble de la chaîne d’approvisionnement).
  • Les planificateurs et gestionnaires d’investissements peuvent évaluer les impacts de scénarios alternatifs d’arbitrage entre les dépenses d’entretien et les dépenses d’investissement.

Les jumeaux numériques reposent sur trois éléments principaux :

  • Collecte et organisation des données du monde réel pour créer la réplique virtuelle. Cette étape n’est pas seulement basée sur des données mais recueille également des équations physiques, la modélisation lorsqu’elle existe de l’interaction entre les composants du système.
  • Traitement par l’utilisateur des données au moyen d’une interface permettant d’effectuer des configurations ainsi que de visualiser les résultats de la simulation et donc “d’interagir” avec le jumeau numérique.
  • L’analyse et la puissance de calcul rendues possibles par les technologies cloud capables de traiter des quantités massives de données et de modéliser des systèmes multidimensionnels très complexes et leurs interactions.

Comme pour tout programme majeur de transformation numérique, la mise en œuvre de routines d’évaluation des risques de cybersécurité, de procédures d’atténuation et d’une organisation dédiée sont des prérequis importants avant de lancer un programme de jumelage numérique.

D’ici 2027, les entreprises et autres acteurs de ce marché devraient dépenser jusqu’à 73 milliards de dollars pour les jumeaux numériques, et le marché devrait connaître une croissance de 30 à 45 %. En outre, les jumeaux numériques pourraient augmenter la vitesse de mise sur le marché de 50 % et la qualité des produits proposés de 25 %.

Quels sont les principaux avantages des jumeaux numériques ?

Les entreprises qui adoptent une stratégie de conception de jumeaux numériques peuvent dégager une valeur considérable :

  • Capacité à prendre des décisions plus éclairées dans des environnements complexes grâce à une meilleure compréhension de l’impact sur de multiples indicateurs de multiples possibilités. Il s’agit d’un outil d’aide à la décision capable d’exécuter des milliers ou des centaines de milliers de scénarios et d’en analyser les conséquences et les goulets d’étranglement.
  • Renforcer la gestion des risques en testant les plans d’atténuation pour répondre à des scénarios extrêmes (par exemple, en simulant la propagation d’un incendie dans un bâtiment pour identifier les voies d’évacuation optimales).
  • Capacité à réagir en temps quasi réel à l’état des équipements critiques (par exemple en équilibrant la charge du réseau électrique pour réduire ou éliminer la congestion locale).
  • Réduction des cycles de développement de nouveaux produits grâce à l’essai virtuel de prototypes alternatifs, conçus en fonction du coût.
  • Réduction des coûts d’exploitation grâce à une optimisation de la productivité et de l’efficacité des lignes de fabrication.
  • Amélioration de la qualité des produits grâce à la surveillance des capteurs en temps réel et à un meilleur contrôle des paramètres du processus de production.
  • Création de services personnalisés, de nouvelles offres et de nouveaux modèles commerciaux : passage de la maintenance périodique à la maintenance prédictive.
  • La gestion et le partage des connaissances, comme la codification des meilleures pratiques informelles mises en œuvre dans l’atelier en procédures opérationnelles standard.

Comment Nexans utilise les jumeaux numériques pour une électrification décarbonée ?

Le monde qui nous entoure, nos vies et notre mobilité devront être plus électriques à l’avenir car l’électrification est l’un des leviers immédiatement actionnables pour combattre et limiter les impacts du changement climatique. Les réseaux d’énergie doivent toutefois être fiables, car un avenir électrique ne pourra pas se permettre des coupures de courant. Plus nous devenons dépendants du réseau, plus ces systèmes doivent devenir résilients.

En partenariat avec Cosmo Tech et Microsoft, Nexans développe une solution de jumeau numérique dédiée aux réseaux électriques. Les opérateurs de réseaux bénéficieront d’un logiciel puissant leur permettant de réduire leur empreinte carbone en adoptant de nouvelles politiques d’investissement et de maintenance, tout en préservant leur rentabilité en maximisant la valeur de leurs infrastructures.

En s’appuyant sur les données du monde réel, Nexans agit également sur l’installation, l’exploitation et la maintenance des réseaux électriques. En s’appuyant sur les données des capteurs installés sur le réseau, Nexans fournit une vue en temps quasi réel des zones de congestion du réseau et peut également détecter et localiser les pannes imminentes avant même qu’elles ne se produisent.

Pour atteindre ses objectifs en termes de dimensions financières, environnementales et sociales, Nexans a construit sa propre solution Digital Twin E³, un outil de performance commerciale aussi puissant qu’unique. Cet outil mesure et surveille la performance sur la base de trois indicateurs clés de performance, à savoir le rendement du capital investi, le rendement environnemental du carbone employé et le rendement des compétences employées.

Quelle est la principale leçon à tirer des jumeaux numériques ?

Le jumeau numérique vient enrichir les compétences humaines avec une intelligence augmentée. Sa conception et son déploiement font appel à des outils de modélisation, à l’analyse de données et à une grande puissance de calcul pour prédire différentes issues à des scénarios dans toute l’entreprise. Un des grands avantages des jumeaux numériques : ils prennent en compte les données et interactions futures ou les équations entre les composants qui n’existent pas nécessairement dans les données passées.

Situés à la croisée de l’intelligence artificielle, de l’analyse des données et de l’internet des objets, les jumeaux numériques ouvrent des possibilités de productivité et de performance inexploités à une variété d’utilisateurs. Des responsables de l’ingénierie et de la chaîne d’approvisionnement aux décideurs de haut niveau, les jumeaux numériques nous plongent dans l’industrie du futur.

Olivier Pinto

Auteur

Olivier Pinto est Directeur de l’Innovation de Nexans en charge des services et solutions numériques pour les réseaux électriques. Il dirige une équipe d’experts en réseaux électriques développant un portefeuille d’offres innovantes conçues pour résoudre les problèmes et relever les défis auxquels sont confrontés les opérateurs de réseaux électriques, en s’appuyant sur un solide écosystème de partenaires technologiques. Olivier a rejoint Nexans en 2001 et a occupé divers postes dans les domaines de la R&D, de l’exploitation et des ventes et du marketing. Il est titulaire d’un Master en Sciences de l’Ecole de Chimie, Physique et Electronique de Lyon, France.

Solutions de sécurité incendie électrique : protéger les vies et les biens
Électrification de demain
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Fire safety

L’électrification sûre et durable est au cœur de notre mission

On dénombre plus de 1,1 million d’incendies chaque année en Europe. Cela signifie qu’un incendie se déclare toutes les 30 secondes. L’impact sur la vie humaine est énorme : les incendies font 4 000 morts et 134 000 blessés par an. L’impact économique est également considérable, les coûts se chiffrant en milliards. Dans sa Revue Mondiale des Sinistres de 2022, Allianz a cité l’incendie comme la plus importante cause identifiée de pertes pour les assureurs d’entreprises, ayant entraîné plus de 18 milliards d’euros de dédommagements sur cinq ans. On estime que 70 % de ces entreprises touchées par un incendie ne redémarrent pas.

Les dernières recherches de la FEEDS (Forum for European Electrical Domestic Safety) montrent que 25 % des incendies sont causés par des défaillances électriques. Celles-ci sont souvent le résultat d’installations électriques obsolètes et surchargées, ou bien dues aux appareillages électriques.

Le vieillissement des infrastructures n’est qu’un aspect du problème. À l’échelle mondiale, la croissance démographique rapide et l’urbanisation accélérée signifient que le nombre d’utilisateurs d’électricité augmente chaque jour. Dans ce contexte, la consommation d’électricité continue de croître, la demande devant augmenter de 20 % d’ici à 2030 et de 40 % d’ici à 2040.

Les nouveaux modes d’utilisation de l’électricité génèrent de nouveaux risques. Des tablettes aux smartphones, nous nous appuyons de plus en plus sur des appareils numériques fonctionnant à l’électricité. Parallèlement, l’essor des véhicules électriques et la généralisation de la production solaire sur les toits alourdissent la charge pesant sur les systèmes de câblage domestiques, augmentant ainsi les risques d’incendie.

Cette électrification accrue a un impact fort : selon une étude de la NFPA (National Fire Protection Association) les équipements de distribution électrique, d’éclairage et de transfert d’énergie sont responsables de la moitié des incendies domestiques impliquant une panne ou un dysfonctionnement électrique. Connaissant l’impact dévastateur du feu, une telle menace exige une réponse adéquate pour protéger les biens et les personnes.

Comment les systèmes électriques contribuent-ils à un monde plus sûr ?

Les câbles constituent l’ossature électrique d’un bâtiment, présents partout et en grande quantité pour transporter de l’énergie et des données. Ils relient les pièces et les étages, traversent les murs sans interruption, et leur nombre ne cesse d’augmenter avec les nouveaux usages énergétiques. Comme les câbles et les fils sont généralement dissimulés dans les murs, les sols et les plafonds, il est facile d’oublier qu’ils sont là. Pourtant, un immeuble de bureaux typique compte plus de 200 kg de câbles par 100 m². Il est donc essentiel de s’assurer que les câbles ne seront pas un vecteur de propagation des flammes à travers le bâtiment.

Ces dernières années, l’accent a été mis sur l’amélioration des performances en matière d’incendie en réponse à de nouvelles réglementations, telles que le règlement européen sur les produits de construction (CPR). Nexans est profondément engagé dans ce processus, travaillant avec ses partenaires, clients, et organismes de standardisation pour promouvoir la sécurité incendie électrique dans les bâtiments, et adopter des normes de sécurité plus élevées, tant au niveau national qu’international.

Lutter contre la propagation des incendies

Les câbles ne représentent pas un danger en tant que tel, mais du fait de leur omniprésence, ils peuvent servir de combustible pour le feu et être un vecteur de propagation des flammes : un incendie qui se déclare dans une installation électrique verticale comprenant des câbles peu performants atteindra le premier étage du bâtiment en moins de trois minutes, et continuera à se propager de plus en plus vite.

Chez Nexans, nous avons pour objectif de révolutionner la sécurité des bâtiments, des infrastructures et des habitations, en utilisant notre expertise technologique pour concevoir des câbles et des fils offrant le plus haut niveau de performance au feu. Notre gamme Nexans Sécurité Incendie souligne ce qui peut être réalisé. Grâce à nos câbles de protection au feu, la production de fumées et de gaz incapacitants, la propagation du feu et le dégagement de chaleur sont minimisés. De plus, la cohésion de la structure du câble est maintenue pendant l’incendie, ce qui réduit ou élimine la production de gouttelettes enflammées, évitant ainsi le démarrage d’incendies secondaires et limitant les risques de blessures pour les pompiers.

Tous ces éléments ont un impact majeur sur la capacité des personnes à évacuer à temps et de façon sécurisée grâce à une visibilité optimum. Parallèlement, nos câbles de protection au feu facilitent le travail des pompiers en libérant de l’eau lorsqu’ils sont exposés aux flammes, ce qui réduit la température du feu et dilue les gaz combustibles.

Chez Nexans, une percée technologique permettant d’améliorer la performance des câbles de protection au feu va bientôt voir le jour. Basée sur la technologie des géopolymères, elle fonctionne en créant une croûte dure et hermétique autour des fils toronnés qui les rend incombustibles. Outre l’amélioration de la résistance au feu, cette innovation présente l’avantage d’améliorer la performance environnementale des câbles en réduisant leur contenu en carbone incorporé, ce qui permet de réduire les émissions de CO2 de 10 à 15 % au niveau de la fabrication.

Réduire les émissions de fumées lors d’un incendie

La fumée et les émissions de gaz toxiques sont les principales causes de décès lors d’un incendie à l’intérieur d’un bâtiment, étant responsables de 80 % des décès liés aux incendies. Les gaz incapacitants contenus dans la fumée attaquent les poumons, ainsi que les yeux et la peau. En outre, la fumée limite fortement la visibilité, rendant la fuite des bâtiments beaucoup plus difficile.

La gamme Nexans Fire Safety est conçue pour transformer la sécurité incendie. Tout d’abord, nos câbles minimisent les émissions de fumée, permettant une visibilité dix fois plus élevée qu’avec les modèles traditionnels en cas d’incendie, soit cinq fois plus que le seuil recommandé. De plus, ils réduisent les émissions de gaz incapacitants et corrosifs, augmentant drastiquement les chances d’évacuation, tout en aidant les pompiers à lutter contre l’incendie.

Les systèmes de sécurité incendie

Les câbles résistants au feu jouent un rôle crucial dans le maintien du fonctionnement continu des systèmes électriques de protection contre l’incendie et de sécurité des personnes – même lorsqu’un bâtiment est en feu. Les durées minimales de maintien de l’alimentation électrique en cas d’incendie sont définies dans les réglementations nationales. Les câbles doivent être capables de fonctionner de manière fiable même dans des conditions extrêmes, avec des températures allant jusqu’à 1 000°C, et ce pendant une durée pouvant aller jusqu’à 2 heures.

Les systèmes de protection contre les incendies et de sécurité des personnes comprennent :

  • Les systèmes de détection incendie : détecteurs de fumée, détecteurs de chaleur, déclencheurs manuels
  • Systèmes d’alarme incendie : alarmes et panneaux de contrôle
  • Les systèmes de protection contre les incendies : active (gicleurs) et passive (comme les murs et les portes coupe-feu)
  • Les systèmes de contrôle de fumée (systèmes de pressurisation et d’extraction)
  • Les systèmes d’évacuation des bâtiments (y compris la signalisation des sorties).
Fire safety systems

Les systèmes de sécurité incendie

Les composants des systèmes de sécurité doivent être connectés au réseau électrique. Les câbles résistants au feu sont souvent utilisés pour fournir de l’énergie, ou pour établir des connexions entre les équipements de secours et les panneaux de commande. Lorsque c’est le cas, ils fonctionnent comme des éléments “actifs” puisqu’ils doivent maintenir la continuité électrique ou transmettre un signal pendant une durée adéquate.
Trois technologies principales sont utilisées pour produire des câbles résistants au feu.

Les conceptions de première génération étaient basées sur des conducteurs en cuivre enveloppés de rubans de mica et de polyoléfine réticulée. Dans ce cas, la technologie de base est le mica, et les performances du câble sont liées à sa qualité, sa nature, ses fournisseurs et son enrobage.

Les câbles de deuxième génération étaient basés sur des conducteurs isolés avec du caoutchouc de silicone. Ce matériau a la propriété de former un écran céramique lorsqu’il est brûlé. Cela maintient une résistance électrique élevée et c’est la solution la plus courante pour les applications de construction.

Pour la dernière génération de câbles résistants au feu, nous avons développé des câbles basés sur la technologie brevetée INFIT™ qui combine les avantages des isolations en mica et en caoutchouc de silicone, mais sans leurs inconvénients. Les performances au feu des câbles INFIT™ sont similaires aux technologies traditionnelles du marché, mais ces câbles possèdent des propriétés mécaniques avancées, simplifiant grandement l’installation des câbles, apportant des gains de temps et de coûts précieux.

Avec les câbles INFIT™, il est possible de connecter tous les dispositifs d’un système de détection d’incendie, y compris les détecteurs de fumée, afin de garantir la détection des incendies et le déclenchement des alarmes. Tout cela garantit une évacuation rapide et contribue à une lutte efficace contre les incendies.

Nous nous concentrons sur vos besoins

Chez Nexans, notre mission est de fournir des produits et solutions innovants qui répondent aux besoins de sécurité de nos clients câbliers. Nous donnons à nos clients les capacités de planifier, bâtir et gérer leurs projets avec le plus haut degré de protection. La gamme Nexans Sécurité Incendie permet d’Anticiper les risques d’incendies, Sécuriser les biens et Protéger les personnes. Nous soutenons cette mission par des informations et des conseils complets pour vous aider à prendre des décisions éclairées en matière de sécurité incendie – afin que nous puissions électrifier l’avenir en toute confiance.

Franck Gyppaz

Auteur

Franck Gyppaz est responsable du laboratoire de conception de systèmes de sécurité incendie à AmpaCity, le pôle d’innovation de Nexans. Il travaille dans l’industrie du câble depuis plus de 20 ans, s’impliquant dans le domaine de la sécurité incendie et développant des technologies innovantes, des conceptions de câbles et un laboratoire de test incendie avec l’accréditation ISO17025 et la certification UL. Il est également actif dans le domaine de la normalisation, membre de différents groupes au niveau national et international.Sa position l’amène à gérer les relations avec tous les acteurs de l’écosystème de la sécurité incendie pour proposer des systèmes intégrés à nos clients.

Innovation des VE : accélérer la transition vers une mobilité durable
Électrification de demain
13 janvier 2023
12 min
Electric vehicles

Comme d’autres secteurs, l’industrie automobile doit évoluer pour relever les futurs défis économiques et écologiques. Aujourd’hui, les véhicules thermiques sont responsables de près de 10% des émissions de CO2 dans le monde. Dans les pays développés comme la France, ce chiffre atteint 15%. L’électrification de ces véhicules est donc un enjeu clé de la transition vers une économie à faible émission de carbone.

D’après le “World Energy Outlook 2022” publié par l’Agence internationale de l’énergie, l’augmentation de la demande mondiale d’électricité d’ici à 2030 équivaut à l’addition de la consommation actuelle d’électricité des États-Unis et de l’Union européenne ! Une telle augmentation de l’électricité est de l’ordre de +5 900 à +7 000 TWh selon les scénarios.

Les principaux contributeurs à une telle augmentation sont :

  • le transport électrique dans les économies avancées,
  • la croissance démographique et la demande de refroidissement dans les marchés émergents et les économies en développement.

La mobilité électrique est un enjeu important et un facteur majeur de la demande supplémentaire d’électricité. Cependant, cet objectif ne doit pas seulement se concentrer sur le développement et l’évolution des véhicules par les constructeurs mais aussi prendre en compte les infrastructures.

Il est important de mettre l’accent sur les besoins en infrastructures de recharge et en technologies innovantes dédiées aux véhicules électriques (VE), qui doivent permettre aux utilisateurs de ce type de véhicule de se déplacer partout, à tout moment, en toute sérénité et d’assurer le bon fonctionnement du système électrique.

Véhicules électriques : un changement majeur imposé par la transition énergétique

Les pouvoirs publics de plusieurs pays multiplient les initiatives pour favoriser cette évolution des solutions de mobilité. Parmi les actions en vigueur ou à l’étude, un nombre croissant de pays se sont engagés à supprimer progressivement les moteurs à combustion interne ou ont des objectifs ambitieux d’électrification des véhicules pour les prochaines décennies. En Europe, l’objectif fixé est de stopper les ventes de nouveaux véhicules à moteur thermique d’ici 2035.

Le scénario des engagements annoncés (APS) de l’AIE, qui repose sur les engagements et les annonces politiques existants en matière de climat, suppose que les VE représentent plus de 30 % des véhicules vendus dans le monde en 2030, tous modes confondus (à l’exclusion des véhicules à deux ou trois roues). Bien qu’impressionnant, ce chiffre est encore bien loin des 60 % nécessaires d’ici 2030 pour s’aligner sur une trajectoire qui permettrait d’atteindre des émissions nettes de CO2 nulles d’ici 2050.

A l’horizon 2025, on estime que le marché du véhicule électrique en France représentera 12 milliards d’euros, dont 8 à 11 milliards d’euros de ventes de véhicules électriques, 150 à 250 millions d’euros pour les bornes de recharge et 300 à 600 millions d’euros pour la vente d’électricité nécessaire à la recharge.

Le déploiement rapide des stations de recharge des véhicules électriques, condition clé du développement des véhicules électriques

Cette transition vers les véhicules électriques nécessite trois conditions principales pour atteindre l’ambition visée :

  • Le développement de véhicules nouveaux et attractifs, avec pour enjeux : la capacité des batteries face à la densité énergétique d’un litre de pétrole, la disponibilité des ressources minérales pour renouveler entièrement le parc automobile mondial (en raison de la rareté des métaux rares), l’enjeu de l’empreinte environnementale d’un véhicule électrique (au-delà de la seule question de la rareté des métaux).
  • La disponibilité de l’énergie où et quand les véhicules seront rechargés. Bien que l’impact d’un véhicule électrique sur le réseau électrique soit très limité au niveau domestique, les 22 millions de véhicules électriques et hybrides attendus en 2025 en Europe augmenteront considérablement la demande globale d’électricité (de 4 860 en 2020 à 47 000 GWh en 2025), ce qui nécessitera à la fois un renforcement du réseau, davantage d’énergie et, en outre, une gestion plus intelligente de la charge pour équilibrer l’utilisation et la disponibilité de l’énergie.
  • Enfin, le déploiement d’un réseau dense de stations de recharge (EVCS) pour apporter une solution au consommateur en mobilité.

Fondamentalement, le réseau EVCS sera efficace s’il est déployé comme un écosystème global répondant aux besoins des consommateurs dans quatre applications principales :

  • La charge “à domicile” (90% des charges de VE se font aujourd’hui à domicile, individuel ou collectif) ;
  • La charge “au travail” (bâtiments tertiaires ou institutionnels, usines,…) ;
  • La charge “en ville” (magasins, restaurants, parkings publics,…) ;
  • La charge “en voyage” (autoroutes).

Chacune de ces applications obéit à ses propres contraintes en matière de coût économique de déploiement, de temps de chargement prévu, de concurrence avec les autres véhicules, de facturation de l’énergie à l’utilisateur… Quel que soit le type de solution de charge à proposer (en courant alternatif pour la majorité des besoins ou en courant continu pour la charge rapide), elle imposera des contraintes importantes sur le réseau électrique qu’il faudra anticiper.

Cet écosystème vaste et complexe à déployer en une décennie nécessitera des investissements importants mais aussi une forte innovation pour une évolutivité maximale des installations et une gestion intelligente de l’énergie.

Les partenariats et l’innovation sont essentiels

Pour illustrer ce défi de l’innovation, nous pouvons citer par exemple 2 projets impliquant les équipes R&D de Nexans en partenariat avec Enedis ces dernières années :

  • Projet “BIENVENU” : Comment proposer une infrastructure de recharge évolutive et économique dans des bâtiments d’habitat collectif conçus bien avant l’essor du véhicule électrique (seulement 2% équipés en 2022 en France, pour ~45% de la population vivant en habitat collectif) ?
  • Projet “SMAC” : Comment créer les conditions technologiques permettant le Vehicule-to-Grid (V2G) pour injecter l’énergie stockée dans les batteries des VE dans le réseau lors des pics de consommation d’énergie ou pour compenser la production intermittente d’énergie à partir de sources renouvelables ?

Nexans propose également, avec son partenaire e-Novates, une gamme complète de bornes de recharge en courant alternatif de 7 à 22 kW conçues pour s’adapter à diverses applications intérieures/extérieures pour des clients professionnels ou publics.

Cette gamme de produits sera entièrement renouvelée en 2023 avec de nouveaux modèles rapides à installer et compatibles avec la nouvelle norme ISO 15 118. En parallèle sera présentée la nouvelle version de la solution de câblage évolutive Nexans “NEOBUS”, conçue en partenariat avec MICHAUD, dédiée aux parkings souterrains intégrant un risque spécifique de sécurité incendie.

Nexans est donc un acteur clé de cette évolution du marché du véhicule électrique. Les nouvelles solutions proposées faciliteront grandement la vie quotidienne des utilisateurs, tant dans le secteur privé que sur la voie publique, et amélioreront l’attractivité de ces nouveaux véhicules.

Il est clair que les éléments de différenciation sont les facteurs clés de l’innovation :

  • Pour les véhicules, le design global, la fiabilité dans le temps et l’autonomie liée à la puissance et à l’efficacité des batteries, sont des facteurs de différenciation ;
  • Pour les équipements d’infrastructure de recharge, nous pensons que les principaux critères de différenciation ne sont pas liés au matériel mais à la couche numérique qui permet le suivi des bornes de recharge, interfacée avec les moyens de paiement, et les applications qui améliorent l’expérience client. Le deuxième axe de différenciation est la facilité et la rapidité d’installation des bornes et leur raccordement au réseau électrique.

Limiter l’impact sur l’environnement

Le déploiement des véhicules électriques et leur part croissante dans la mobilité auront un impact significatif sur la réduction du réchauffement climatique, à condition bien sûr que de l’électricité décarbonée soit produite et utilisée. Cependant, il est également important de considérer l’impact des véhicules électriques sur les ressources, notamment le cuivre. En 2020, la production est de 21 Mt pour une consommation quasi équivalente. La demande va s’accélérer du fait de l’électrification et notamment de la mobilité électrique.

Concrètement, un véhicule thermique traditionnel nécessite 20 kg de cuivre, un véhicule hybride deux fois plus (40 kg), et un véhicule électrique 80 kg de cuivre en moyenne, soit 4 fois plus qu’un véhicule classique (cette quantité peut atteindre 200 kg pour certains modèles comme Tesla).

20 kg

de cuivre sont nécessaires pour un véhicule thermique

40 kg

de cuivre sont nécessaires pour un véhicule hybride

80 kg

de cuivre sont nécessaires pour un véhicule électrique

À cette augmentation conséquente de métal dédié aux véhicules électriques, on peut ajouter le cuivre nécessaire à l’infrastructure de recharge, aux équipements de recharge en courant alternatif et continu, mais aussi au système de connexion au réseau électrique. Selon une estimation prudente, 3Mt de métal seront nécessaires pour cette transition.

Pour limiter l’impact de la transition électrique sur les ressources en cuivre, il est nécessaire d’accompagner le changement par une filière de recyclage du cuivre et la mise en place d’un écosystème d’économie circulaire.

Attachez votre ceinture ! Frédéric Lesur s’apprête à nous faire faire un tour d’essai avec Thibault Dupont. Les véhicules électriques et les bornes de recharge, leur construction, les défis à venir, tout est dans cet épisode de What’s Watt.

Cyrill Million

Auteurs

Cyrill Million est responsable du département Solutions de recharge pour véhicules électriques, au sein de la division Câbles d’énergie et accessoires de Nexans.

Cyrill a rejoint Nexans en 2021 en tant que responsable Marketing & Stratégie avec pour mission d’amplifier la position de Nexans sur les marchés de la transition énergétique et de promouvoir des solutions innovantes auprès des partenaires clés de Nexans.

Il est titulaire d’un Master en ingénierie aéronautique de Supaero, France.

David Myotte

David Myotte est responsable marketing et stratégie au sein de l’unité Power Distribution Cables & Accessories Business Unit de Nexans.

Après 15 ans dans l’industrie automobile et 7 ans dans l’industrie sidérurgique, principalement à des postes commerciaux, il a rejoint Nexans début 2020, en charge des ventes d’accessoires pour l’Europe du Nord et du Sud. Dans son rôle actuel, en plus d’élaborer des stratégies marketing et de nouvelles offres visant à améliorer l’expérience et la satisfaction des clients de Nexans, il est responsable des ventes des stations de recharge de véhicules électriques (EVCS) de Nexans.

Les technologies de l’hydrogène : Au cœur de la course vers zéro émission nette
Énergies renouvelables
06 décembre 2022
8 min
hydrogen

La course au “zéro émission” est lancée et, pour franchir la ligne d’arrivée d’ici à 2050, l’industrie doit rapidement développer et implémenter des alternatives aux combustibles fossiles, devenus un fardeau environnemental. Mais quelles sources d’énergie ont le pouvoir de les remplacer ?

Bien que l’électricité soit le leader incontesté en matière d’alternatives énergétiques plus durables, l’électrification reste insuffisante dans les régions du monde isolées ou dépourvues d’infrastructures électriques solides. Et c’est sans parler des secteurs où les émissions de gaz à effet de serre sont dites “difficiles à abattre” comme la sidérurgie ou les mobilités intensives.

C’est là que l’hydrogène intervient. Ce gaz est déjà utilisé comme réactif chimique dans des industries telles que le raffinage du pétrole et l’agrochimie, à raison de 90 millions de tonnes par an. Un boom s’annonce, puisque la demande devrait être multipliée par 4, voire 6, d’ici 2050. La production par électrolyse de l’eau représenterait alors plus d’un quart de la demande mondiale d’électricité !

Décarboner l’hydrogène

Mais l’hydrogène est-il vraiment vertueux ? L’impact environnemental de ses procédés de production varie énormément. Cela a donné lieu à un système informel et déconcertant de classification par code couleur. Aujourd’hui, la grande majorité de l’hydrogène est issu du reformage du méthane à la vapeur, avec 10 kg de CO2 émis pour chaque kilogramme de H2. Ce type de production est responsable de 2 à 3 % des émissions mondiales de CO2, au même titre que le transport aérien !

Il est également possible de produire de l’hydrogène par électrolyse. Ce procédé, qui sépare les molécules d’eau en oxygène et en hydrogène, est gourmand en énergie : 50 à 60 kWh permettent de produire 1 kg d’hydrogène. Mais lorsque les électrolyseurs sont reliés à des sources d’énergie renouvelables, il est possible d’obtenir de l’hydrogène bas carbone.

Cependant, sa faible densité à température ambiante signifie qu’il doit être comprimé à des pressions élevées – jusqu’à 700 bars – ou liquéfié en le refroidissant à très basse température – -253°C (20K) – pour pouvoir le transporter et le stocker dans des volumes acceptables.

Par ailleurs, l’emprunte carbone de l’hydrogène produit par électrolyse de l’eau dépend du mix énergétique de la source d’électricité. Dans certains pays où les centrales électriques au charbon sont nombreuses, la production d’hydrogène par électrolyse pourrait s’avérer plus émettrice en CO2 que le vaporéformage.

Des défis et de la pression

De nouvelles applications de l’hydrogène émergent dans les domaines de l’énergie et de la mobilité bas-carbone. Mais pour qu’elles voient réellement le jour, de grands changements doivent être opérés sur l’ensemble du cycle de vie.

Cela commence par la production. Pour que l’hydrogène contribue véritablement à un monde sans émissions nettes, l’énergie utilisée pour l’électrolyse doit provenir de sources renouvelables telles que des parcs éoliens et solaires terrestres ou offshore, que Nexans relie déjà. Cela aura un impact direct sur le prix de l’hydrogène, qui dépendra alors des coûts de l’électricité et des investissements dans les fermes de renouvelables et les électrolyseurs.

Une fois produit, l’hydrogène doit encore atteindre l’utilisateur final, et le choix des bonnes solutions de stockage et de transport pourraient faire la différence entre le succès et l’échec. Un seul kilogramme d’hydrogène occupe 12m³ à la pression atmosphérique, et de très hautes pressions (jusqu’à 700 bars) sont nécessaires pour ramener ce volume à des niveaux acceptables.

La solution ? Liquéfier l’hydrogène. L’hydrogène liquéfié est historiquement employé dans les industries de technologie de pointe telle que l’aérospatiale depuis des décennies, et de nouvelles applications de l’hydrogène liquéfié (LH2) apparaissent, comme par exemple :

  • Transport maritime d’énergie entre les lieux de production et de consommation. Le projet Hystra – qui consiste à produire de l’hydrogène en Australie et à l’expédier par cargo au Japon – a été une première mondiale, rendue possible grâce aux lignes de transfert cryogéniques haute flexibilité de Nexans. Plusieurs projets visant à déployer les infrastructures de transport maritime du LH2 démarrent actuellement dans les principaux ports maritimes afin de préparer le futur commerce mondial du LH2.
  • Aéronautique. Airbus a pour objectif de faire voler le premier avion commercial alimenté en LH2 en 2035. Cela impliquera une refonte radicale des infrastructures aéroportuaires pour fournir de l’hydrogène, de l’électricité et des carburants d’aviation durables, dans des lieux où la sécurité et l’espace au sol constituent des enjeux majeurs.

L’innovation à chaque étape

Nexans propose des technologies et solutions commerciales innovantes tout au long de la chaîne de valeur de l’hydrogène.

  • Du côté de la production, nous fournissons des solutions pour optimiser les dépenses d’exploitation et d’investissement liées à la production d’énergie renouvelable. Appliqué aux unités d’électrolyse, notre savoir-faire unique en matière de conception de réseaux électriques pourrait contribuer à l’optimisation des installations de production d’hydrogène.
  • Du côté du stockage et de la distribution, Nexans est depuis longtemps un pionnier des infrastructures d’approvisionnement en fluides cryogéniques. Nos lignes de transfert flexibles et isolées sous vide offrent des solutions faciles à installer, sûres et fiables pour le transfert de réservoir à réservoir du LH2. Notre installation “plug-and-play” est aussi simple que la pose d’un câble électrique et surpasse les systèmes rigides conventionnels en termes de rapidité de mise en œuvre. Nous avons récemment équipé les premiers systèmes de chargement au monde pour le transfert de LH2 de navire à terre à Kobe, au Japon, avec des lignes de transfert cryogéniques de grande longueur et de haute flexibilité, capables d’assurer des débits élevés, de nombreux cycles de flexion et une évaporation minimale.
Clean hydrogen policy priorities

Clean hydrogen policy priorities – Source: Irena

Le futur est hybride

Combinés intelligemment, l’électrification et l’hydrogène se complètent pour contribuer à un approvisionnement énergétique plus efficace et bas-carbone. En poussant plus loin la complémentarité entre les deux vecteurs énergétiques, nous développons actuellement de nouveaux concepts de lignes hybrides capables de véhiculer à la fois l’hydrogène et l’électricité dans le même système, notamment :

  • Systèmes ombilicaux sous-marins permettant de transférer l’hydrogène, les données et l’électricité entre les unités de production en mer, telles que les parcs éoliens ou les îles énergétiques, et la terre ferme ;
  • Systèmes supraconducteurs combinant le transfert de LH2 et la supraconductivité pour des autoroutes énergétiques hybrides capables de transmettre des quantités impressionnantes d’énergie sur de longues distances et de contribuer à la modernisation des réseaux électriques.

En fin de compte, la transition vers le “zéro émission” nécessitera une combinaison judicieuse de nombreuses sources d’énergie et technologies interdépendantes. Avec l’électrification, Nexans permet à l’hydrogène de devenir un élément sûr, efficace, économiquement et écologiquement viable de l’approvisionnement énergétique de demain.

Anthony Combessis

Auteur

Anthony Combessis est responsable de la Techno-plateforme Hydrogène, au sein de Nexans Innovation Services and Growth. Il est chargé d’identifier et de développer des innovations et de nouvelles opportunités de marché pour Nexans dans l’écosystème de l’hydrogène, avec un accent particulier sur les solutions cryogéniques. Anthony a rejoint Nexans en 2011 en tant que chef de projet R&D et travaille sur les propriétés électriques vs physico-chimiques des polymères, l’instrumentation et les nanocomposites. Il est titulaire d’un doctorat en nanocomposites polymères de l’Université de Grenoble, France.

Plastique circulaire, une approche axée sur les ressources
Économie circulaire
03 novembre 2022
8 min
circular plastic

Le plastique est néfaste pour l’environnement : tout le monde le sait et chacun fait des efforts pour l’éviter, ou au moins pour mieux le trier. Pourtant, il est encore essentiel dans de nombreux domaines. C’est en effet le cas pour la conception des câbles en raison de ses propriétés exceptionnelles : mécaniques, diélectriques, transformabilité, durabilité…

Le problème réside dans la mauvaise gestion des flux de déchets qui mettent en danger les écosystèmes à travers le monde :

Pour faire face au volume croissant de plastique produit, utilisé et jeté, les industries doivent évoluer vers un modèle entièrement circulaire dans lequel les produits plastiques en fin de vie ne sont pas jetés mais transformés pour créer de la valeur. L’innovation, la réglementation et la collaboration internationale sont nécessaires pour permettre cette transition.

Outre les problèmes de pollution et de gestion des ressources, les matières plastiques ont un impact sur les gaz à effet de serre. En effet, le kilo de polyéthylène produit en Europe pour la fabrication de plastique a une empreinte carbone d’environ 1,8 kg d’équivalent CO2.

Matière plastique : polyvalente et inévitable

La production de plastiques à l’échelle industrielle a véritablement commencé dans les années 1940 et a rapidement augmenté dans les années 1950. Plus de 8 milliards de tonnes de plastiques ont été produites dans le monde depuis 1950, ce qui en fait un matériau manufacturé largement utilisé (Geyer et al., 2017).

Les plastiques offrent divers avantages, tels qu’un rapport résistance/poids élevé et la possibilité d’adapter leurs propriétés physiques pour être durs ou mous selon les besoins. Cette polyvalence et cette durabilité, associées au faible coût de production des plastiques, sont la principale raison pour laquelle les plastiques sont actuellement utilisés dans presque tous les secteurs.

Une transition nécessaire vers le plastique circulaire

Aujourd’hui, presque tout le plastique est dérivé de matériaux fabriqués à partir d’énergie fossile (principalement du pétrole et du gaz). Cela pose plusieurs problèmes :

Selon l’OCDE, “la pollution par les plastiques augmente inexorablement alors que la gestion des déchets et le recyclage laissent à désirer”. En effet, on estime que seuls 9 % des déchets plastiques sont recyclés, et que 22 % sont mal gérés. En raison de la durabilité et de la résistance du matériau, les déchets plastiques restent dans l’environnement et mettent des décennies, voire des siècles, à se décomposer naturellement. Ils entraînent la perte de la biodiversité et l’altération des écosystèmes (MacLeod et al., 2021).

Heureusement, une transition des matériaux plastiques est possible :

  • Le recyclage : bien que le recyclage soit actuellement la solution la plus simple et la plus utilisée pour transformer les déchets plastiques en nouveaux produits, des efforts peuvent être faits en termes de tri et de séparation. Parmi toutes les voies de recyclage, on distingue : la réutilisation simple (réutilisation directe des déchets au sein des processus de fabrication par exemple), le recyclage mécanique (broyage/pulvérisation après un tri/séparation par exemple) et le recyclage chimique (dissolution, dépolymérisation ou conversion). Ces technologies permettent d’aborder le recyclage de la grande famille des plastiques avec différents niveaux de complexité et de qualité.
chemical recycling technologies infographic

© Cefic – Infographie montrant comment les technologies de recyclage chimique peuvent contribuer à passer d’une économie linéaire du plastique à une économie circulaire

  • L’éco-conception : Le principe de l’éco-conception consiste à prendre en compte l’ensemble du cycle de vie du produit, des matériaux utilisés jusqu’à sa récupération et son recyclage et d’en tenir compte très tôt, c’est-à-dire dès la conception du matériau. Cela signifie par exemple utiliser des matériaux recyclés ou biosourcés, augmenter la durée de vie des produits, sélectionner les matériaux pour faciliter le recyclage, diminuer le poids des plastiques utilisés…

Nexans et les plastiques circulaires

Le défi majeur de l’activité industrielle est de limiter drastiquement l’impact sur l’environnement. Trois grandes questions sont liées entre elles :

  • l’impact sur les gaz à effet de serre et le climat,
  • l’impact sur les ressources, notamment le cuivre et l’aluminium ainsi que les matières plastiques,
  • l’impact sur la biodiversité, qui nécessite la substitution de certains additifs (par exemple les substances REACH) et la maîtrise de l’ensemble du cycle de vie afin de limiter et d’éliminer la pollution.

Les défis environnementaux sont au cœur du développement des solutions de câblage de Nexans. Nous nous engageons à réduire l’empreinte environnementale de nos câbles grâce à la sélection des matériaux. Plus que jamais, Nexans vise à inventer des matériaux innovants qui allient éco-conception, performance, durabilité et recyclabilité.

Étendre l’utilisation des matériaux recyclés

L’incorporation de matériaux recyclés dans les nouveaux produits est un défi pour toutes les industries. Nexans a lancé une initiative à l’échelle du groupe visant à utiliser 30 à 60 % de plastiques recyclés dans les différentes familles de câbles de la chaîne d’électrification.

Recycler nos déchets

Nexans s’efforce d’améliorer le recyclage des câbles en fin de vie et propose de collecter les déchets de ses clients par le biais de Nexans Recycling Services. Par ailleurs, Nexans a pour objectif de recycler 100% de ses déchets de production d’ici 2030, dans une dynamique d’économie circulaire. Le tri et la valorisation des déchets plastiques sont aujourd’hui au centre de plusieurs projets de R&D pour répondre à tous les points de blocage (ex : anciens additifs, séparation des mélanges plastiques, recyclage des polymères réticulés…).

Eco-conception de nos câbles

Les efforts actuels de valorisation des câbles existants en fin de vie mettent en évidence des problèmes de fond liés à leurs conceptions complexes ou à leurs différents composants. Les nouveaux produits sont désormais créés avec une forte volonté d’éco-conception, notamment :

  • Limiter et remplacer les substances dangereuses,
  • Développer des matériaux plastiques plus facilement recyclables,
  • Simplifier la conception des câbles,
  • Améliorer la durée de vie des câbles.

L’innovation sera la clé de la transition d’un modèle linéaire à un modèle circulaire pour les matières plastiques. Elle nécessite le développement de technologies spécifiques, mais devra également inclure des éléments de la chaîne d’approvisionnement et du modèle économique qui ne seront possibles que grâce aux écosystèmes.

Jean-François Larché

Auteur

Jean-François Larché est Team Leader Advanced Materials au sein du département Innovation, Services et Croissance d’Ampacity, le centre d’innovation de Nexans à Lyon. Il travaille sur le développement des matériaux de manière transversale pour le Groupe avec un accent sur la durabilité des produits (contenu recyclé, recyclabilité…). Il a rejoint Nexans en 2011 en travaillant pendant 8 ans principalement sur la durabilité des câbles.

L’éolien et le solaire offshore flottants
Énergies renouvelables
08 juillet 2022
9 min
floating offshore wind and solar

La technologie flottante est une tendance dans le monde des énergies renouvelables. Nous en examinons les moteurs et découvrons comment Nexans contribue à faire du rêve de l’éolien offshore flottant – et du solaire – une réalité.

La production d’énergie éolienne en mer a connu une croissance considérable au cours de la dernière décennie. La capacité offshore mondiale atteint désormais 35 GW, soit près de neuf fois plus qu’en 2011. Une capacité offshore supplémentaire de 235 GW est attendue d’ici 2030, portant le total mondial à 270 GW.

Un vent de changement

La technologie des turbines a fait d’énormes progrès depuis l’apparition des premiers parcs éoliens dans nos océans, il y a plus de vingt ans. Les turbines d’aujourd’hui sont plus grandes et plus efficaces que jamais, avec des diamètres de rotor de plus de 200 mètres et des puissances de 10 MW et plus. Ces progrès ont joué un rôle essentiel dans la baisse du coût de l’éolien offshore.

Presque toutes les éoliennes offshore existantes aujourd’hui dépendent de fondations fixées sur le fond, qui constituent une bonne solution dans les eaux relativement peu profondes – jusqu’à 60 mètres de profondeur. Ces fondations sont des semelles en acier et en béton qui fixent la structure de l’éolienne directement au fond de la mer.

La grande majorité des océans et des mers ont des eaux dont la profondeur dépasse 60 mètres – et c’est là que l’on trouve les vents les plus forts et les plus constants. En Europe, par exemple, 80 % des ressources éoliennes se trouvent dans des eaux d’une profondeur de 60 mètres ou plus. Les fondations conventionnelles ne sont pas rentables dans ces situations. Il existe donc de vastes zones où les ressources éoliennes sont inexploitées.

De nouveaux horizons pour l’éolien offshore

Les éoliennes flottantes permettent de surmonter le problème des fondations en eaux profondes. Au lieu d’être ancrées au fond de la mer, les turbines sont montées sur une sous-structure flottante qui est attachée par des lignes d’amarrage et des ancres.

Tout cela change la donne pour l’éolien offshore. Au lieu d’être limitées à une profondeur de 60 mètres, les turbines flottantes peuvent être déployées dans des eaux allant jusqu’à 1000 mètres de profondeur – et potentiellement beaucoup plus.

Cela offre un potentiel intéressant pour étendre la portée géographique de l’éolien offshore. La partie nord du bassin de la mer du Nord en est un exemple. La profondeur des eaux y dépasse généralement de loin les 60 mètres, ce qui les met hors de portée des fondations conventionnelles.

Hywind Scotland au Royaume-Uni – le premier parc éolien flottant au monde – illustre ce qui peut être réalisé. Situé à environ 30 km au large des côtes dans des eaux pouvant atteindre 120 mètres de profondeur, Hywind est en service avec succès depuis 2017. Hywind présente le facteur de capacité le plus élevé de tous les parcs éoliens du Royaume-Uni : en 2020, il a établi un nouveau record britannique en atteignant un facteur de capacité moyen de 57,1 %. À titre de comparaison, la moyenne de l’éolien offshore au Royaume-Uni est d’environ 40 %.

La technologie de l’éolien flottant devrait avoir un impact bien au-delà de la mer du Nord, notamment dans les régions où la mer est très profonde et très proche du rivage. Citons par exemple le bassin méditerranéen, la côte ouest des États-Unis, la Corée du Sud et le Japon, qui disposent tous d’énormes ressources éoliennes en mer qui ne demandent qu’à être exploitées. L’éolien flottant peut également être déployé dans des eaux peu profondes où les conditions du fond marin empêchent l’utilisation de fondations conventionnelles.

Faire de l’éolien flottant une réalité

Actuellement, l’éolien flottant ne représente que 0,1 % du total de l’éolien en mer. Mais cette situation est appelée à changer. Les prévisions du Conseil mondial de l’énergie éolienne suggèrent que d’ici 2030, l’éolien flottant pourrait représenter 6,1 % de toutes les nouvelles installations, avec une capacité ajoutée estimée à 16,5 GW au cours des dix prochaines années. Des technologies robustes et rentables sont la clé pour atteindre cet objectif.

L’un des grands défis techniques de l’éolien offshore flottant est l’exportation de l’électricité qu’il produit. Trois facteurs entrent en jeu. Premièrement, les câbles reliant les parcs éoliens à la côte sont plus longs, car les turbines sont généralement situées plus loin en mer. Deuxièmement, les niveaux de puissance à gérer augmentent avec la taille des turbines. Troisièmement, et c’est le plus important, des câbles dynamiques sont nécessaires. Ils doivent être capables de s’adapter aux mouvements de la structure flottante causés par les courants, les marées et le vent. La résilience est essentielle.

Des câbles dynamiques plus intelligents

L’expérience de Nexans en matière de systèmes de câbles sous-marins haute tension et de câbles dynamiques en fait le partenaire idéal pour le développement de l’éolien flottant. En effet, Nexans a fourni des câbles dynamiques pour les projets d’éoliennes flottantes Hywind Demo et Hywind Scotland. L’expérience de l’entreprise a des racines profondes : Nexans a développé son premier câble dynamique en 1983.

Aujourd’hui, l’innovation se poursuit. L’accent est désormais mis sur le développement de câbles dynamiques HT capables de supporter une puissance et des tensions plus élevées que jamais. Cette nouvelle génération de câbles sera plus légère et plus souple que les câbles sous-marins traditionnels. Ils seront également plus intelligents, grâce à l’intégration d’éléments en fibre optique permettant une surveillance en temps réel – fournissant des informations essentielles sur les différents paramètres des câbles et garantissant des années de fonctionnement fiable.

Éoliennes flottantes : Les gratte-ciel de la mer

Dans cet épisode de What’s Watt, Frédéric Lesur et Maxime Toulotte, nous présentent les tenants et les aboutissants des éoliennes flottantes. Comment elles sont installées, comment elles produisent de l’énergie et quelle quantité d’énergie elles peuvent générer à partir des vents marins. Préparez-vous à affronter de fortes rafales, car vous risquez d’en prendre plein les yeux.

L’énergie solaire flottante en mer

L’énergie solaire flottante à l’échelle industrielle est l’une des technologies renouvelables qui connaît la plus forte croissance. Des panneaux photovoltaïques sont montés sur des radeaux ancrés en pleine mer et des câbles sous-marins acheminent l’énergie vers la terre.

L’aspect le plus difficile du projet du point de vue du câblage est la gestion de la charge dynamique, causée par le mouvement de la plateforme en réponse au vent, aux vagues et aux marées. Nexans utilise un câble tripolaire d’un type éprouvé dans les parcs éoliens offshore et les installations de pisciculture. Le câble de 5 km est fabriqué dans notre usine de Rognan en Norvège.

L’intérêt de l’énergie solaire flottante est qu’elle élargit considérablement la surface disponible pour l’installation de panneaux solaires, sans qu’il soit nécessaire d’acquérir des terrains. La croissance du secteur de l’énergie solaire flottante est forte. Près de 10 GW de nouvelles capacités flottantes devraient être déployées d’ici 2025.

Maxime Toulotte

Auteur

Maxime Toulotte est à la tête du département de marketing technique du groupe d’activités Subsea and Land Systems (SLS) de Nexans, où il est responsable du développement et de l’entretien des relations avec les départements techniques et ingénierie des clients et partenaires du Groupe dans le secteur des câbles haute tension sous-marins.

Maxime a occupé différents postes de responsable des ventes et des appels d’offres ou encore d’ingénieur en chef sur des projets de câbles HT sous-marins.

Il est titulaire d’un diplôme d’ingénieur en génie électrique de Grenoble INP.

La révolution du courant continu
Des technologies pionnières pour l’électrification de demain
Électrification de demain
14 juin 2022
7 min
Direct current renaissance

Après plus d’un siècle passé dans l’ombre, le courant continu pourrait bien prendre sa revanche.

Les dernières années du 19ème siècle ont été marquées par une bataille acharnée autour de la meilleure méthode d’approvisionnement des consommateurs en électricité, opposant d’un côté le courant continu (promu par Thomas Edison) et de l’autre le courant alternatif (soutenu par Nikola Tesla). C’est le second qui l’a emporté et domine le monde depuis lors.

L’histoire aurait pu s’arrêter là mais deux facteurs en ont décidé autrement. D’une part, le courant continu se révèle remarquablement efficace pour le transfert massif d’électricité sur de longues distances – c’est d’ailleurs l’un de ses usages depuis des décennies. D’autre part, nous utilisons un nombre croissant d’équipements électriques fonctionnant au courant continu : téléphones mobiles, éclairages LED, véhicules électriques…

Tout cela conduit à réévaluer l’intérêt du courant continu pour le transport, la distribution voire la consommation d’électricité par l’utilisateur final. Que pourrait-il en être dans la pratique ?

Transport en courant continu

Le transport est le transfert massif d’énergie électrique, typiquement sur de longues distances, au moyen de conducteurs aériens ou de câbles souterrains (ou sous-marins). L’utilisation du courant continu haute tension (CCHT) pour le transport d’électricité présente un certain nombre d’avantages par rapport à l’alternatif haute tension.

Tout d’abord, le CCHT nécessite moins de matériel : seulement deux conducteurs au lieu de trois pour l’alternatif. Ensuite, les pertes électriques sont moindres en courant continu car seule la puissance active est transférée (alors que le courant alternatif transfère à la fois la puissance active et réactive). Enfin, la longueur possible des liaisons de transport est bien plus grande dans le cas du courant continu grâce à l’absence de puissance réactive.

Le CCHT est une technologie éprouvée, qui ne cesse de se perfectionner au fil du temps. Parmi les récentes évolutions figurent notamment les convertisseurs de source de tension (VSC) et l’accroissement de la capacité de transport des câbles. Cette avancée est imputable à l’augmentation des tensions, des températures de fonctionnement, de la section des conducteurs, ainsi qu’à l’apparition de la fabrication par extrusion. Il en résulte une réduction de l’empreinte au sol et du coût des projets CCHT relativement à l’énergie transférée. En bref, le transport CCHT devient nettement plus compétitif.

L’avenir radieux du CCHT

Deux tendances majeures du marché sont à l’origine du regain d’intérêt pour le transport CCHT. La première est la demande croissante d’interconnexion des réseaux électriques, par-delà les frontières et les océans. La seconde tient à la multiplication des parcs éoliens offshore, avec leurs câbles sous-marins d’exportation à terre.

À ce jour, quelque 15 000 km de câbles sous-marins CCHT ont été posés, employant les procédés d’imprégnation de matière (IM) ou d’extrusion XLPE (polyéthylène réticulé). 20 000 km supplémentaires d’interconnecteurs CCHT devraient être déployés d’ici 2030, sans compter les câbles d’exportation des parcs éoliens offshore. Le parc installé de câbles extrudés devrait s’étendre et égaler la longueur des câbles IM avant la fin de cette décennie. Les fabricants de câbles sous-marins CCHT se positionnent sur ce marché en investissant dans l’accroissement de leurs capacités de production et de pose.

Le courant continu pourrait-il aussi servir pour la distribution ?

Les réseaux de distribution moyenne tension (MT) et basse tension (BT), ainsi qu’à l’intérieur des bâtiments, sont dominés depuis longtemps par le courant alternatif. Cependant, la transition progressive vers le courant continu – permise par le développement des microréseaux BT et MT– pourrait amener des économies d’énergie, améliorer l’interopérabilité, faciliter l’intégration des énergies renouvelables et augmenter la durabilité.

L’intérêt pour les micro-réseaux en courant continu est motivé par des changements fondamentaux dans les modes de production, de stockage et de consommation de l’électricité.

Premièrement, la production d’électricité est de moins en moins centralisée et se rapproche des sources de demande, à l’exemple du solaire photovoltaïque sur les toits et du petit éolien. Les panneaux photovoltaïques produisent naturellement du courant continu, tout comme certaines micro-éoliennes.

Deuxièmement, les batteries se généralisent pour le stockage de l’électricité, par exemple dans les onduleurs. Elles sont utilisées par les entreprises, notamment au sein des data centers, pour sécuriser leur approvisionnement en énergie. Des systèmes de stockage d’énergie sur batteries (BESS) sont également de plus en plus déployés pour l’équilibrage des réseaux. En outre, des systèmes domestiques de ce type commencent à être disponibles. Surtout, les batteries des véhicules électriques offrent un potentiel d’intégration au réseau. L’un des aspects essentiels du stockage sur batterie est que la majeure partie est distribuée plutôt que centralisée et que la totalité fonctionne en courant continu.

Troisièmement, côté consommation, les équipements en courant continu sont aujourd’hui légions et leur adoption est en plein essor, comme souligné plus haut : smartphones, ampoules LED, véhicules électriques… Jusqu’à présent, tous dépendent d’un adaptateur pour la conversion alternatif-continu.

Autant de facteurs qui créent un terrain propice pour des micro-réseaux en courant continu réunissant la production et la consommation, avec un stockage de secours sur batteries, y compris celles des véhicules électriques. L’un des attraits de ce modèle est qu’il élimine la nécessité d’une conversion alternatif-continu et donc d’un adaptateur, ce qui aboutit en soi à une économie d’énergie.

AC/DC, Courants… et des reprises de Rock N’ Roll

Dans cette vidéo What’s Watt, Frédéric Lesur explique la différence entre courant alternatif et courant continu, tout en offrant des performances électrisantes pour dynamiser votre expérience de visionnage.

Comment Nexans favorise-t-il le courant continu ?

Nexans est un leader du marché des câbles CCHT sous-marins et investit continuellement dans le développement de ses capacités de fabrication et de déploiement. En 2021, nous avons lancé le Nexans Aurora, le navire câblier le plus avancé au monde. Le Groupe est bien placé pour accompagner les besoins futurs des opérateurs de réseaux de transport comme des promoteurs de parcs éoliens.

Alors que les installations en courant continu (CC) se multiplient dans le secteur du transport haute tension, l’étape suivante pourrait consister en des microréseaux CC moyenne et basse tension. Ceux-ci devront utiliser des câbles, accessoires et connecteurs optimisés pour être viables sur le plan technique. Il leur faudra également satisfaire aux exigences de fiabilité, d’efficacité énergétique, de durabilité et de sécurité.

Hans Kvarme

Authors

Hans Kvarme est responsable de la Techno Platform HVDC XLPE, gérant toutes les activités de R&D liées aux câbles XLPE HVDC pour le Business Group Subsea and Land Systems de Nexans. Cela implique la recherche et le développement, mais aussi la qualification de lignes d’extrusion, de matériaux, de procédés et d’accessoires nouveaux et existants.

Auparavant, Hans a occupé chez Nexans les postes de directeur de l’ingénierie et du développement de nouveaux produits au sein de la division Innovation, Service et Croissance, et de chef de département Ingénierie des appels d’offres au sein de SLS.

Il est titulaire d’une maîtrise en génie électrique et environnemental de l’université norvégienne NTNU.

Samuel Griot

Samuel Griot est responsable du département ingénierie électrique au sein du service Innovation et Croissance.

Il dirige une équipe d’experts développant de nouvelles solutions innovantes pour les applications basse, moyenne et haute tension afin de répondre aux besoins futurs des réseaux électriques. Samuel a rejoint Nexans en 2021 et possède une solide expérience en architecture de réseaux électriques et en appareillage de commutation.

Il est titulaire d’un Master en génie électrique de l’INSA de Lyon, France.