L’électricité est transportée et distribuée par des canalisations électriques aériennes ou souterraines, avec de la haute tension. Les lieux de production sont choisis en fonction du milieu naturel (cours d’eau pour le refroidissement d’une centrale ou la production hydraulique, minerais, gaz…). Il faut donc transporter l’électricité.

En électricité plus la valeur de la tension augmente, plus la valeur de l’intensité diminue. Donc moins on transporte d’intensité et moins on a de chance d’en perdre et plus petite sera la section des conducteurs électriques. La tension véhicule l’intensité et l’intensité est transformée en énergie thermique et mécanique. Le système pourrait paraitre simple mais de nombreuses contraintes sont présentent. La première : le risque d’amorçage (arc électrique dans l’air) à partir de 1000 Volts.

Alors que les conducteurs électriques sont « nus » en aérien, ils ont besoin d’un isolant spécifique en souterrain dont l’épaisseur augmente avec la tension.

Les lignes aériennes sont constituées de conducteurs nus en alliage d’aluminium, qui est moins bon conducteur que le cuivre de l’électricité mais qui présente l’avantage d’avoir une masse bien plus faible (contraintes mécaniques).

Les câbles à isolants synthétiques constituent la technologie la plus couramment utilisée aujourd’hui. La variation de leur composition (plomb, aluminium, cuivre) conditionne leur poids et leur capacité à supporter des intensités plus ou moins élevées.

 

Les réseaux souterrains sont limités à des tension au plus de 225 000 Volts, car en 400 000 volts, la technique souterraine est difficile à mettre en œuvre (emprise au sol, refroidissement du câble), elle est mal adaptée aux contraintes d’exploitation du réseau interconnecté. Aujourd’hui, seuls 4 km de lignes en 400 000 volts sont enterrés en France.

Comparaison ligne aérienne et câble souterrain :

– Les lignes aériennes sont soumises plus fréquemment que les câbles à des interruptions de courte durée (orage, brouillard, givre, branches d’arbres, oiseaux, grues, engins de terrassement, matériels de construction de la ligne…).
– Les câbles nécessitent une durée de réparation plus longue que les lignes aériennes.
– Des surcharges de longue durée sont plus critiques en souterrain qu’en aérien.
– Le vieillissement des câbles risque d’être fortement affecté. Par contre les surcharges de courtes durée sont plus facilement supportées par les câbles.
– Les câbles souterrains ont une impédance plus faible que leur équivalent aérien, ce qui donne des courants de défaut plus élevés et une rétrogradation de la sélectivité des protections. La répartition de charge est également fortement modifiée.
– Les contraintes environnementales et de coûts, ainsi que la sécurité et la fiabilité de l’alimentation doivent être parallèlement envisagées lors d’une comparaison souterrain-aérien.
– L’impact visuel des lignes peut nécessiter un acheminement approprié.
– Champ électromagnétique : les câbles souterrains génèrent moins de champs électromagnétiques (sauf aux bornes terminales et au droit de la liaison dans les dispositions en nappe où il peut être jusqu’à trois fois plus élevé), pas de bruit couronne et peu d’interférence.
– Une liaison souterraine occupe moins de passage au niveau du sol.
– Le courant capacitif d’un câble souterrain haute tension est plus élevé que celui d’une ligne aérienne. De longs tronçons nécessitent l’installation de compensateurs réactifs.
– La plupart des défauts en aérien sont fugitifs, tandis qu’ils sont permanents en souterrain.
– Du fait de sa section de conducteur plus importante, la liaison souterraine permet une diminution des pertes électriques d’environ ¼ par rapport à l’aérien.
– Le coût de la réalisation d’une ligne aérienne est largement plus faible qu’une ligne électrique avec des câbles.

Les caractéristiques du câble conducteur

Le câble souterrain en lui-même est composé des éléments suivants :
– Une âme en cuivre ou aluminium.
– Une isolation de haute qualité en polyéthylène capable de résister aux contraintes électriques liées à la haute tension.
– Un écran servant à éliminer le champ électrique et les courants en cas de défaut.
– Une gaine extérieure de protection mécanique.

 

Une liaison à haute tension est composée de trois conducteurs (un par phase : réseau triphasé). Ces conducteurs doivent être électriquement isolés. Dans le cas d’une liaison aérienne, l’isolant est constitué par l’air.
Dans le cas d’une liaison souterraine, il est constitué de différentes couches de matériau isolant de haute qualité, généralement des polymères, capables de résister aux contraintes liées au transport d’électricité à haute tension.

Quelle est la politique actuelle de RTE concernant l’enfouissement des lignes ?

Le contrat de service public entre l’État et EDF/RTE définit la politique environnementale nationale de RTE dans son article 3.
Il s’agit notamment de « protéger les paysages, les milieux naturels… » « en recourant préférentiellement aux lignes souterraines… ».

L’installation des lignes souterraines

Il existe plusieurs modes de pose en fonction de la nature du câble utilisé, du milieu traversé et des obstacles rencontrés :

– La pose en caniveau, qui consiste à mettre les câbles dans des caniveaux en béton armé remplis de sable et munis d’un couvercle. Cette pose est utilisée là où la durée d’ouverture de la tranchée n’est pas contraignante.

– La pose en fourreau, qui consiste à mettre les câbles dans des fourreaux pré-intégrés dans des blocs de béton. Cette pose est utilisée pour les passages sous chaussée ou les zones à fort encombrement du sous-sol.

– La pose en mortier maigre, qui consiste à installer les câbles directement dans un mortier maigre (uniquement pour le 63 000 et 90 000 volts). Cette technique se prête bien à la pose “mécanisée” qui est possible lorsque le sous-sol n’est pas encombré, c’est-à-dire dans les zones rurales.

– La pose en galerie, qui consiste à regrouper les câbles dans des galeries souterraines. Ce procédé est utilisé à la sortie des postes de transformation urbains.

 

Liaisons souterraines : à la recherche des défauts invisibles

Rechercher les défauts pour éviter les pannes sur les liaisons souterraines

Origine des défauts :
Les origines les plus fréquentes sont le vieillissement, les dommages mécaniques, la surtension, les surcharges thermiques, les dommages dus à la corrosion, une pose non conforme des câbles, des défauts d’usinage et des dommages dus au transport et au stockage. Les types de défaut les plus courants sont des courts-circuits, des ruptures de câble, des défauts éclateurs et des défauts de gaine.

 

– Court-circuit : Des isolations endommagées conduisent à une liaison à faible résistance de deux conducteurs ou plus à l’emplacement du défaut.

– Court-circuit à la terre : Les pannes peuvent être dues à un court-circuit à la terre (liaison à faible résistance à la masse) d’un réseau supprimé ou exploité en étant isolé et/ou à un court-circuit d’un réseau mis à la terre. Un autre type de défaut est la double mise à la terre qui présente deux courts-circuits à la terre espacés l’un de l’autre sur des conducteurs différents.

– Ruptures de câble Des dommages mécaniques et des mouvements de terrain peuvent entraîner la rupture d’un ou plusieurs conducteurs.

– Défauts éclateurs : Il arrive fréquemment que les défauts ne surviennent pas en continu, mais uniquement de temps en temps et en fonction de la charge du câble. L’une des raisons expliquant ce phénomène est le séchage de câbles isolés à l’huile en cas de faible charge. Une autre raison est la décharge partielle due au vieillissement ou à des «arborescences électriques» dans des câbles isolés par matière plastique.

– Défauts de gaine : Les dommages de la gaine extérieure du câble ne conduisent pas toujours à des pannes directes, mais peuvent générer à long terme des défauts de câble, notamment suite à la pénétration de l’humidité et à des dommages d’isolation.

 

S’ils n’affectent pas toujours le fonctionnement du câble à leur apparition, ils peuvent à terme provoquer une panne et engendrer une coupure de courant. Repérer les défauts sur les liaisons souterraines est donc un enjeu de taille.

Les lignes souterraines de forte puissance et de grande longueur sont équipées d’un dispositif spécifique de mise à la terre indispensable. Ce dispositif de mise à la terre fait perdre en efficacité les méthodes de détection employées pour repérer les défauts : il perturbe en effet le signal qui est injecté dans la ligne pour repérer le défaut par échométrie.

La technique est basée sur la propriété qu’a un signal électrique parcourant un conducteur de créer un écho, lorsqu’il passe sur un changement d’impédance.
L’appareil envoie une impulsion calibrée dans le câble. Le signal parcourt le câble et au passage d’un défaut crée un écho, qui retourne vers l’instrument.
Sur l’écran de l’échomètre, type oscilloscope avec en abscisse le temps (ou la distance) et en ordonnée la tension, on peut voir plusieurs changements brusques de tension : le premier correspondant à l’impulsion initiale, les autres au retour des échos.
On mesure ainsi le temps mis pour faire l’aller et retour entre le point de mesure et un défaut. Ce temps multiplié par la vitesse de propagation, divisé par deux, donne la longueur de câble entre le point de mesure et le défaut.

Equipées d’un camion de recherche de défaut permettant de mettre en œuvre l’ensemble des méthodes référencées, les Équipes de maintenance spécialisées câbles (EMSC) sont capables d’effectuer des recherches de défaut sur des liaisons souterraines. Des véhicules équipés de générateurs de tension continue 110 kV, de générateurs d’ondes de choc 50 kV 2 500 J, d’échomètres, de générateurs de brûlage 15 kV 25 A et d’un générateur de fréquences audibles.

Les générateurs d’ondes de choc, appliquent une forte détonation d’amorçage sur l’emplacement du défaut grâce à une décharge capacitive.

La méthode du brulage des câbles n’est utilisée que pour modifier les caractéristiques du défaut afin d’en diminuer la résistance par le passage d’un courant important.
Les générateurs ont une puissance de sortie élevée et une résistance aux courts-circuits permettent, dans de la majorité des cas, une conversion de défauts de câbles haute impédance et intermittents , en dérivation à basse impédance jusqu’au court-circuit.

 

Pour localiser un défaut sur une liaison souterraine, il faut d’abord réaliser une pré localisation depuis l’extrémité de la ligne. Les méthodes utilisées par RTE en fonction des différents types de défauts ou d’ouvrages, sont toutes basées sur la propagation d’ondes dans l’isolation du câble et sur la mesure du temps de propagation entre deux échos. On parle ainsi de méthodes échométriques.

Dans un second temps, on affine la localisation sur place par méthode acoustique : un opérateur équipé d’un géophone de sol écoute les amorçages du défaut provoqués par l’injection d’ondes de choc depuis une extrémité de la liaison.

 

 

Conclusion :

Cette transformation du réseau de l’aérien vers le souterrain représente des investissements importants qui ne seraient pas totalement justifiés, notamment si l’on s’intéresse à leur empreinte environnementale.
De plus, les arguments classiques sur la fragilité de la solution aérienne traditionnelle en cas de tempête sont loin d’être toujours pertinents.

Les réseaux aériens ont une longue durée de vie, surtout s’ils font l’objet d’un suivi et d’une mise aux normes réguliers. Nombreuses sont les lignes aériennes qui ont plus de cinquante ans et sont toujours en service.

Les lignes aériennes sont constituées essentiellement de matériaux d’origine minérale : sable,gravier et acier pour les supports en béton, acier galvanisé, verre, alliages d’aluminium pour les accessoires. Les besoins en matériaux synthétiques issus du pétrole sont limités.

Les coûts d’installation, d’entretien et d’intervention d’une ligne aérienne sont très inférieurs à ceux d’un réseau souterrain. L’aérien permet notamment de réaliser des travaux sous tension et donc sans coupure.

L’utilisation des lignes aériennes comme support des réseaux numériques est une solution simple et économique. Il est aujourd’hui possible de dérouler un câble de fibres optiques en utilisant les supports des réseaux aériens.

Le choix des réseaux électriques doit demander une réflexion importante avant de faire du systématique, peut-être simplement due à une mauvaise réputation des réseaux aériens relayée par les médias.