Dossier transition énergétique - qualité des réseaux électriques

Avec l’accélération du changement climatique dont les effets sont visibles, la lutte contre les émissions de gaz à effet de serre est devenue une priorité. Les états ont décidé la mise en place d’une politique active de transition énergétique ayant recourt significativement à l’électricité pour atteindre les objectifs fixés en matière de neutralité carbone. Rappelons que la loi européenne sur le climat, votée en avril 2021, acte un nouvel objectif de réduction des émissions des gaz à effet de serre d’au moins 55% à l’horizon 2030.

L’urgence de la transition énergétique face à la menace climatique

Dans ce contexte, les systèmes liés à la production, au transport et la distribution d’énergie électrique doivent s’adapter pour accompagner le développement des centres de production d’origine renouvelable en y assurant les projets induits d’interconnexions. Ces évolutions profondes, déjà en cours, se poursuivent et dessinent une nouvelle architecture des réseaux intégrant des énergies renouvelables (EnR) intermittentes comme l’éolien et le solaire mais également de nouvelles liaisons à l’échelle nationale, européenne et continentale. Les échanges transfrontaliers ainsi favorisés, pourront assurer la disponibilité de puissance nécessaire à la demande des pays en gommant l’aspect intermittent des EnR.

En France, malgré une politique nucléaire qui place le pays en avance sur son bilan carbone, la hausse vraisemblable de la consommation et l’orientation énergétique amènent à développer les infrastructures en direction des EnR. Le gouvernement s’est d’ailleurs aligné sur la loi européenne en publiant en avril 2021 un décret fixant, entre-autres, des objectifs chiffrés de développement de l’électricité renouvelable aux horizons 2023/2028. Pour l’éolien terrestre 24 100 MW doivent être installés en 2023 et 33 200/34 700 MW fin 2028. L’éolien offshore n’est pas en reste avec 2 400 MW installés fin 2023 et autour de 6 200 MW en 2028. Côté production solaire, 20 100 MW devront être installés en 2023 et entre 35 100 et 44°000 MW en 2028. (source RTE)

Les raccordements des productions EnR

Pour raccorder tous ces nouveaux systèmes d’énergie le câble, avec ses accessoires, est un élément essentiel sur lequel reposent la qualité, la continuité et la résilience des réseaux de transport et de distribution. Les conditions de raccordement sont très différentes d’un système à l’autre et peuvent représenter de véritables défis techniques.

Pour les parcs éoliens offshore

éolien offshore

Pour rechercher une plus grande puissance et une plus grande constance du vent et donc une plus grande régularité de la production d’électricité éolienne, les énergéticiens ont décidé d’implanter les champs loin des côtes sur des sites où la profondeur d’eau dépasse 50 mètres. Ce choix implique donc de recourir de plus en plus à la technologie des éoliennes flottantes. Le raccordement entre les éoliennes et avec le réseau de transport électrique nécessite des câbles de qualité soumis à de fortes contraintes dynamiques liés aux phénomènes de marées, de houles et de courants. Ce milieu impose que les câbles possèdent des caractéristiques élevées de flexibilité en fonction de leurs dimensions, de la puissance véhiculée et de leur maintenance. De plus, ils seront soumis à une prise de poids constante par bio-colonisation modifiant leur masse. Enfin ils devront avoir des caractéristiques d’étanchéité en conditions dynamiques. Toutes ces contraintes nécessitent, dès la conception, une forte ingénierie des systèmes de câblage en particulier en matière de “wet design“.

L’expérience acquise par les fabricants de câbles français permet d’envisager des isolants compatibles avec les contraintes d’environnement et les exigences mécaniques liées à la dynamique des éoliennes flottantes. Un processus de qualification de ces systèmes de câbles novateurs est en cours de finalisation au sein du CIGRE (Congrès International des Grands Réseaux Electriques).

Pour les matériels de raccordement et avec l’augmentation des puissances (90 à 132 kV en 2030), le défi technologique est important aussi bien en complexité qu’en encombrement, à quoi il faut ajouter les conditions de haute mer pour l’éolien flottant et des contraintes mécaniques plus fortes sur les accessoires connectés aux câbles sous-marins.

Pour les installations photovoltaïques

champ photovoltaïque

Les objectifs de 44,5 GW de la programmation pluriannuelle de l’énergie (PPE) gouvernementale seront atteints si le rythme d’installation de 4,45 GW par an est tenu jusqu’en 2028, réparti entre les systèmes au sol et les systèmes tertiaires (industrie/bâtiments). Le raccordement dépend du type d’installation. Les très grandes installations comme les fermes solaires de 300 MW par exemple sont raccordées en HTB. Les parcs au sol de puissance moyenne de l’ordre de 1 à 5 MW sont raccordés sur un départ de réseau public HTA (20kV) via un poste de livraison faisant la liaison avec un ou plusieurs postes HTA/BT. Le raccordement au réseau public HTA est choisi pour les grandes toitures et les ombrières des hypermarchés et des sites industriels de plus de 250 kW. Les plus petites installations sont raccordées en BT.

Le développement des installations photovoltaïques présente pour les câbles BT et HTA des enjeux spécifiques :

  • La gestion des courants induits en utilisant des conducteurs de forte section lors d’installations sur de longues distances.
  • La gestion des risques incendie avec des matériaux adaptés.
  • L’adaptation aux spécificités des champs photovoltaïques, c-à-d. tenue aux UV en général ; étanchéité et souplesse plus particulièrement pour les champs photovoltaïques flottants.

Les interconnexions continentales

Les interconnexions continentales sont un enjeu majeur de la transition énergétique au niveau européen. Elles permettent de faire jouer la complémentarité des moyens de production des pays interconnectés, d’intégrer les productions EnR dans le mix Européen, de garantir la sécurité d’approvisionnement et, à terme, la mise en place d’un marché commun de l’électricité. La France, avec sa position géographique particulière et son savoir-faire en matière de liaisons souterraines longues comme les 190 km de ligne en courant continu avec l’Italie, ou les liaisons sous-marines avec l’Angleterre, peut jouer un rôle central dans les infrastructures d’interconnexion.

Que ce soit en HTA ou en HTB, en courant alternatif ou en courant continu, de nouvelles générations de matériaux permettent d’augmenter les capacités de transit par une température maximale de fonctionnement plus élevée tout en diminuant l’impact environnemental, en particulier par leurs techniques de transformation.

L’enfouissement des lignes est souvent reconnu comme un moyen de préserver des sites sensibles et d’améliorer l’acceptabilité sociale des infrastructures nécessaires à l’atteinte des objectifs fixés de transition énergétique.

L’usage de nouvelles technologies comme les supraconducteurs permettra de répondre aux enjeux de transport d’électricité de grande quantité et sans perte par des liaisons à haute tension en courant continu sur de grandes longueurs.

Les nouveaux usages pour la mobilité électrique

La transition énergétique est aussi un défi important pour le secteur des transports, responsable en France de 38% des émissions de CO2. La réduction de l’empreinte carbone passe aussi par l’électrification de la mobilité. Cette situation impose le développement d’infrastructures de recharge de véhicules électriques (IRVE) dans les espaces publics, les parcs de stationnement publics et privés, sur les grands axes routiers, conditions indispensables à la transition vers des véhicules et engins électriques.

Cette électrification totale des parkings qu’il faut à présent envisager, amène de nouveaux enjeux, comme la limitation des risques incendie, la disponibilité rapide de la puissance etc.

Les câbles Basse Tension de ces infrastructures doivent posséder ainsi des caractéristiques spécifiques pour limiter la propagation de l’incendie et ses conséquences et permettre l’intervention des secours. Les infrastructures elles-mêmes doivent être conçues pour permettre une extension du réseau public et un branchement rapide de l’usager.

Des réseaux de qualité indispensables pour réussir la transition énergétique

Les nouvelles architectures des réseaux adaptées aux énergies renouvelables, principe central de la transition énergétique, ne peuvent exister sans des infrastructures résilientes s’appuyant sur les câbles et leurs matériels de raccordement, véritables liens énergétiques entre les différentes productions et la demande grandissante en électricité.