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L'Usine de l'Energie

Électrotechnique : La revanche du courant continu

Manuel Moragues , , ,

Publié le

Enquête Fini la domination absolue du courant alternatif ! Les progrès de l'électronique de puissance poussent le courant continu à haute tension. Cette technologie centenaire en plein essor s'impose pour répondre aux nouveaux besoins énergétiques.

Edison tient sa revanche. Promoteur du courant continu, l'inventeur américain alla jusqu'à faire électrocuter un éléphant pour démontrer les dangers du courant alternatif. Las ! Sa défaite face à Tesla dans la « guerre des courants », qui électrisa l'Amérique à la fin du XIXe siècle, inaugura le règne sans partage du courant alternatif durant cent ans... aujourd'hui ébranlé. Le courant continu s'impose dans les plus exigeants projets de la planète haute tension. Lignes de 2 000 kilomètres transportant des milliers de mégawatts à 800 000 volts en Chine, raccordements des éoliennes offshore de la mer du Nord, interconnexion souterraine France-Espagne... Ces chantiers qui tutoient le milliard d'euros reposent sur une technologie en plein essor : le courant continu haute tension, dit HVDC pour high-voltage direct current.

Dominée par ABB, Siemens et Alstom, la technologie du HVDC remonte aux années 1960. Son renouveau vient du besoin croissant de la Chine, du Brésil et de l'Inde de transporter toujours plus de puissance sur de très longues distances. Par exemple pour alimenter les régions côtières avec l'électricité issue de lointains barrages. Le HVDC est alors la seule solution pour ces lignes dépassant 1 500 km. Les installations de ces autoroutes de l'énergie ont quintuplé en cinq ans, de 3 000 MW à 15 000 MW par an. Et selon Siemens, le marché devrait doubler d'ici à 2017, à 6 milliards d'euros par an. « De quoi justifier d'investir dans cette technologie perçue jusqu'alors comme une niche », résume Patrick Plas, le senior vice-président électronique de puissance et automatisation d'Alstom Grid.

ABB, Siemens et Alstom ont industrialisé et fiabilisé la technologie classique du HVDC, dite LCC (line-commutated converter). Tirés par la Chine, ils ont fait grimper la tension de 500 000 volts à 600 000 puis 800 000 volts pour réduire les pertes en ligne. Prochaine étape : 1,1 million de volts ! Les transformateurs de courant alternatif (AC), qui adaptent le niveau de tension du réseau AC à celui de la ligne de courant alternatif (DC), deviennent monstrueux. Les filtres associés occupent plusieurs terrains de football. Quant au coeur de la technologie, les convertisseurs AC/DC placés à l'entrée et à la sortie de la ligne DC pour la raccorder au réseau AC, ils alignent des milliers de dispositifs semi-conducteurs appelés thyristors. Ces « palets » de silicium passés de 10 cm à 15 cm de diamètre pour supporter toujours plus de puissance sont autant d'interrupteurs qui découpent la tension du courant alternatif pour construire une tension continue, et vice-versa.

Les thyristors n'étaient que l'avant-garde de l'invasion de la haute tension par l'électronique de puissance. Depuis une quinzaine d'années, ABB - rejoint par Siemens puis Alstom - développe une technologie, dite VSC (voltage source converter), qui remplace les thyristors par des transistors IGBT (insulated gate bipolar transistors). Actionnables à volonté, ces IGBT autorisent une souplesse inégalée. Revers de la médaille : « Leur contrôle est de plus en plus complexe et demande des logiciels sophistiqués », précise Claes Scheibe, le vice-président stratégie et innovation en électronique de puissance chez Alstom Grid. « Il faut maîtriser à la nanoseconde près des milliers de transistors concentrant l'énergie d'une formule 1 sur un centimètre carré », renchérit Claes Rytoft, le senior vice-président des systèmes de puissance chez ABB. Les trois électrotechniciens travaillent avec acharnement pour optimiser cette technologie.

 

L'essor de l'éolien loin des côtes

Le jeu en vaut la chandelle : le VSC décuple le potentiel du courant continu haute tension ou HVDC. La technologie est assez compacte (les énormes filtres disparaissent) pour être installée sur des plates-formes offshore. Cela a permis l'essor de l'éolien loin des côtes, le courant continu étant le seul moyen de réaliser des liaisons sous-marines (ou souterraines) de plus de 70 km. Les fermes éoliennes en cours d'installation au nord de l'Allemagne reposent sur la technologie VSC de Siemens et d'ABB, comme le feront celles du « 3e round » britannique, que convoite aussi Alstom. La multiplication des interconnexions entre pays européens s'appuie aussi sur le VSC, dont l'autre grand avantage réside dans les nouvelles fonctionnalités que permet son contrôle total de la puissance transmise par la ligne. De quoi stimuler l'imagination des électrotechniciens européens, qui rêvent d'un réseau DC au-dessus de l'actuel réseau AC. Manque cependant une brique essentielle à ce rêve : un coupe-circuit DC. La solution après laquelle courent ABB, Siemens et Alstom viendra de l'électronique de puissance. Elle aura tout d'un jackpot.

VOUS ÊTES CONCERNÉS

  • Gestionnaires de réseaux
  • Industriels de l'offshore
  • Électro-intensifs, datacenters

 

À CHAQUE INDUSTRIEL SA RÉALISATION EXEMPLAIRE

ABB

RACCORDEMENT DES ÉOLIENNES OFFSHORE

  • Projet Liaison sous-marine (BorWin 1, 2009)
  • Technologie Avancée (VSC)
  • Caractéristiques 200 km, 150 kVolts, 400 MW

La ferme éolienne Bard 1 de la mer du Nord étant située loin des côtes, le recours au courant continu était inévitable pour transporter l'électricité sur le continent. La compacité de la technologie VSC a permis à ABB de bâtir la première station de conversion AC/DC offshore.

ALSTOM

CONNEXION DE RÉSEAUX ASYNCHRONES

  • Projet Connexion dos-à-dos (GCCIA, 2008)
  • Technologie Classique (LCC)
  • Caractéristiques 285 kVolts, 3 x 600 MW

Le réseau d'Arabie saoudite fonctionne en 60 Hertz, tandis que celui de ses voisins est en 50 Hertz. Pas d'autre solution que le courant continu pour les relier. Une double station de conversion AC/DC/AC vient s'intercaler entre les deux réseaux pour pourvoir transmettre la puissance.

SIEMENS

AUTOROUTE DE L'ÉNERGIE CHINOISE

  • Projet Liaison longue distance et haute puissance
  • Technologie Classique (LCC) à ultra-haute tension
  • Caractéristiques 2 070 km, 800 kVolts, 6 400 MW

Seul le courant continu à extra, voire à ultra haute tension permet de transporter l'électricité à très longue distance. La liaison Xiangjiaba-Shanghai - 2010 apporte de l'électricité des barrages du Sud-Ouest de la Chine vers les régions côtières.

 

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