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L'Usine de l'Energie

La revanche du courant continu

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Alors que le courant alternatif est la norme quasi universelle, le courant continu s’impose, porté par la convergence de l’efficacité énergétique et du numérique.

La revanche du courant continu
Le courant continu s’impose dans les longues liaisons à ultra haute tension (en haut à gauche) et pour ramener à terre l’électricité produite par les fermes éoliennes offshore. Il est aussi de plus en plus présent dans la génération d’électricité avec le photovoltaïque et les batteries comme dans la consommation avec tous les équipements électroniques, des LED aux datacenters en passant par les smartphones et les autres devices.
© DR

La guerre des courants est de retour. La combinaison des transitions énergétique et numérique et des progrès de l’électronique de puissance nous ramènent paradoxalement aux premiers pas de la fée électricité. Quand le courant qui alimentait les premiers lampadaires électriques de New York à la fin du XIXe?siècle ne changeait pas de sens 50 fois par seconde comme aujourd’hui, mais coulait toujours dans la même direction. Ce courant dit continu (CC ou DC, pour « direct current »), dont Thomas Edison était le maître industriel, fut vite détrôné par le courant alternatif (CA ou AC, pour « alternative current ») de Nikola Tesla au terme d’une homérique bataille industrielle.

Edison eut beau se démener pour dénoncer les dangers de l’alternatif – il alla jusqu’à électrocuter un éléphant –, ­celui-ci fit valoir son principal avantage sur le continu : il était facile de changer sa tension. On pouvait élever sa tension pour le transporter sur de longues distances sans pertes d’énergies rédhibitoires et le ramener à basse tension aux points de consommation. L’architecture centralisée des réseaux électriques était née : de gros centres de production déversant leur électricité dans une arborescence de lignes à la tension décroissante. L’alternatif entamait un règne sans partage, ne laissant au continu que quelques niches comme le ferroviaire.

Fin de l’histoire ? Bien au contraire ! Les infrastructures en courant continu fleurissent aujourd’hui un peu partout dans le monde. Ce retour en force a été permis par les progrès de l’électronique de puissance dans les années 1990, avec notamment l’essor des transistors IGBT. Comme les diodes et les thyristors, les IGBT jouent le rôle de valves électroniques. En les actionnant à haute fréquence, on peut découper et reconstruire le courant pour le convertir d’une forme à une autre. De l’alternatif au continu et vice-versa, mais aussi d’un niveau de tension à un autre pour du continu. Débarrassé de son handicap historique, le courant continu peut désormais faire valoir ses atouts face à son rival. Il le fait avec éclat dans le domaine le plus exigeant : la haute tension.

De nombreux projets réalisés et en cours

En alternatif, le transport d’électricité génère des pertes qui deviennent bloquantes sur de très longues distances. A contrario, le continu permet de bâtir de gigantesques autoroutes de l’énergie, à l’image du projet attribué à Siemens l’été dernier : une liaison de 3 284?kilomètres traversant la Chine de part en part pour transporter 12 000?mégawatts – l’équivalent de 12?réacteurs nucléaires – à la tension faramineuse de 1,1?million de volts. Des dizaines de liaisons de ce type ont été construites en Chine, au Brésil et en Inde, souvent pour alimenter les régions côtières à partir des grands barrages hydroélectriques situés à l’intérieur des terres.

En Europe, ce sont l’essor de l’éolien offshore et le besoin d’interconnexion des réseaux qui ont poussé les opérateurs vers le continu. Car pour transporter l’électricité sous terre ou sous l’eau sur plus de 60 à 80?km, là encore, les pertes liées à l’alternatif sont excessives et le continu s’impose. Liaison France-Espagne inaugurée en 2015, liaison France-Italie en construction, liaison France-Angleterre en projet… L’Hexagone n’est pas isolé : les liaisons de courant continu à des centaines de milliers de volts sillonnent l’Europe. S’y ajoutent les raccordements des nombreuses fermes éoliennes offshore, à la grande joie des champions du courant continu à haute tension (HVDC) ABB, Siemens et General Electric (ex-Alstom), qui multiplient les contrats à plus de 1?milliard d’euros.

« Il y a un emballement pour le courant continu depuis une dizaine d’années, témoigne Jean-Luc Lion, le responsable du marché français pour la division réseaux d’ABB. Et la fièvre n’est pas près de retomber : une multitude de projets sont prévus dans les dix?ans rien qu’en Europe. » Prochaine étape : aller au-delà de ces liaisons dites point à point et construire un véritable réseau maillé en continu, un « ­supergrid » qui pourrait connecter entre elles les fermes éoliennes offshore et distribuer leur production dans les pays alentours. Plusieurs projets de recherche européens, comme Promotion et Medow 2, explorent le fonctionnement d’un tel réseau et ses ingrédients clés, dont le disjoncteur. Les aficionados du continu fondent aussi de grands espoirs sur l’autre extrémité des réseaux : la basse tension.

Une offre à élargir

Trois tendances de fond poussent vers le continu. La première est le numérique. Tout équipement à base de semi-conducteurs – téléviseur, ordinateur, tablette, ­smartphone… – fonctionne au courant continu. En outre, la recherche d’efficacité énergétique pousse à remplacer des équipements en alternatif par des versions en continu. C’est le cas des LED, des ventilateurs et de l’air conditionné modernes. Deuxième tendance : l’essor du photovoltaïque, sur les toits ou au sein de parcs, qui produit du courant continu. Troisième tendance : l’invasion des batteries, que l’on trouve déjà dans les voitures électriques et qui ont vocation à s’installer dans les bâtiments et sur le réseau. Et qui dit batterie dit courant continu. « Il y a à la fois une consommation et une production – solaire et batteries – de plus en plus grandes de courant continu, résume Milan Rosina, analyste senior chez le consultant Yole Développement. Pourquoi mettre de l’alternatif au milieu avec des conversions alternatif-continu générant des pertes ? »

De nombreux datacenters, très énergivores, se sont ainsi convertis au courant continu. De même, les microgrids s’y essaient. Depuis l’été dernier, un centre de calcul texan alimente directement en continu son supercalculateur et son système de refroidissement à partir d’électricité solaire produite sur son parking. Bosch est en train de construire un quatrième microréseau continu en Californie, pour un centre de distribution de Honda Motor, utilisant des ­panneaux solaires. Plus près de nous, deux bâtiments équipés de panneaux solaires, à Delft et Amsterdam (Pays-Bas), ont été câblés en continu par le spécialiste hollandais Direct Current BV.

Ces exemples vont-ils se généraliser ? Rémi Heidelberger, le directeur marketing pour les produits basse tension d’ABB France, en est convaincu : « À long terme, la distribution d’énergie jusqu’au consommateur final fera appel au courant continu. » Nicolas Leterrier, le directeur technique de l’activité bâtiments et IT de Schneider Electric, se montre plus prudent : « Il y a beaucoup de buzz autour du courant continu et de ses avantages supposés. 10 ou 15 % de gains de consommation d’énergie étaient prévus par exemple pour les datacenters, alors que nous estimons que ce gain s’élève à seulement 2 %. Les retours d’expérience sont décevants. D’autant que des problèmes opérationnels sont apparus. Il faut comprendre que le matériel fonctionnant au courant continu est moins éprouvé que son équivalent en alternatif. »

Les sectionneurs, disjoncteurs, convertisseurs en continu sont effectivement plus récents. « Il faut encore du temps pour que l’offre soit suffisamment large et que les produits soient assez standardisés et éprouvés pour rassurer les utilisateurs », estime Milan Rosina. Détrôner le courant alternatif ne se fera pas si aisément. Mais cent vingt ans après la défaite d’Edison, sa vision décentralisée de l’électricité est plus que jamais d’actualité et son courant préféré en reste le porteur idéal.

« La pression sur l’efficacité énergétique va faire bouger les choses »

Milan Rosina, analyste senior, Yole Développement

  • Pourquoi le courant continu revient-il sur le devant de la scène ?

Il y a d’un côté de plus en plus d’équipements consommant du courant continu (DC). C’est le cas de tous les produits électroniques, de l’ordinateur au smartphone en passant par les éclairages LED et les téléviseurs. De l’autre côté, la production d’électricité est de plus en plus en courant continu avec le photovoltaïque et les batteries électriques, stationnaires ou dans les véhicules électriques fonctionnent aussi en continu. La question qui se pose est donc : plutôt que de continuer à passer par le courant alternatif et de perdre de l’énergie à chaque conversion alternatif-continu, ne vaut-il mieux pas connecter production et consommation en restant en courant continu ?

  • N’est-ce pas une lubie ?

Au contraire, c’est la demande qui a suscité le développement récent des technologies en continu, notamment les datacenters et le photovoltaïque, même si les fabricants de composants d’électronique de puissance ont aussi poussé ces marchés. Le secteur du continu est très dynamique, il y a beaucoup de R & D sur les microréseaux, en incluant ceux d’un navire ou d’un sous-marin. Dans le solaire, de gros efforts ont été faits pour augmenter la tension. En trois à quatre ans, on est passé à des tensions de 1 500 volts dans les parcs solaires, ce qui réduit le coût des câbles et facilite l’intégration des systèmes.

  • La distribution d’électricité en courant continu va-t-elle encore progresser ?

Le principal frein est la sécurité. L’offre d’équipements de protection comme les disjoncteurs n’est pas encore suffisante. Mais les grands fabricants comme Schneider et ABB s’y sont mis à fond et l’on commence à avoir des produits adéquats. Ce qui va faire bouger les choses dans les bâtiments, où l’on envisage un réseau DC à 48 volts, c’est la pression sur l’efficacité énergétique. Ce devrait être particulièrement le cas pour les bâtiments publics et les immeubles haut de gamme.

Sauter la case « courant alternatif »

Le principal obstacle au passage massif au courant continu est l’infrastructure en courant alternatif existante. S’en passer ou la doubler d’un réseau continu serait trop coûteux. En revanche, relève Nicolas Leterrier, le directeur technique de l’activité bâtiments et IT de Schneider Electric, « pour un certain nombre de pays qui n’ont que peu d’infrastructures de réseau et peu de capacités de production d’électricité en alternatif, déployer le courant continu peut être très pertinent ». Et ce d’autant que les réseaux centralisés classiques de l’alternatif paraissent hors de portée des budgets des pays pauvres et que, en Afrique comme en Asie du Sud, le photovoltaïque apparaît de plus en plus comme la voie royale pour l’électrification. 

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