Les réseaux à courant continu: entre histoire et réglementation?
Maintenant que l'efficacité énergétique est en haut de l'échelle de la société, il convient de se demander si le courant continu, ou CC, pourrait contribuer à la transition énergétique. En fait, les techniques évoluent tellement que cette solution est à présent plus intéressante. Néanmoins, la transition reste freinée par divers obstacles. Pour autant que transition il y ait.
Pourquoi vivons-nous dans un monde de CA?
La structure de notre réseau électrique actuel est presque entièrement basée sur le courant alternatif, et ce depuis le tout début. Nous ne reviendrons pas ici sur la bataille acharnée qui a opposé Edison et Westinghouse au 19e siècle à propos de la guerre entre le courant alternatif et le courant continu, car nous avons déjà suffisamment écrit à ce sujet. Hollywood a même réalisé une superproduction à ce sujet, 'The Current War: Les Pionniers de l'électricité'. Il est utile de savoir pourquoi la préférence a été au CA à ce moment de l'histoire. À l'époque, il n'était pas possible de transporter efficacement le courant continu sur une plus grande distance. Cependant, le courant alternatif pouvait facilement être transformé en valeurs plus élevées pour le transport et les pertes de transmission étaient donc réduites. Pour une utilisation sur site, il suffisait de retransformer le courant alternatif en valeurs inférieures. De la loi de Joule, nous déduisons que les pertes pendant le transport augmentent de façon quadratique. Cela signifie que le faible courant et la haute tension sont la clé d'un transport efficace de l'électricité sur de longues distances.
Le transformateur occupe donc une position centrale dans cette histoire, car les transformateurs pour le courant continu n'existaient pas encore à cette époque. La seule solution à l'époque était d'implanter les centrales de manière décentralisée, à proximité des consommateurs. Une idée qui ne nous est pas étrangère.
Evolution vers le cC?
En effet, la dernière phrase du dernier paragraphe est on ne peut plus claire pour beaucoup d'entre. Une production décentralisée, proche du consommateur ...: cela ressemble à l'installation de panneaux solaires sur les toits de nos clients, avec des utilisateurs qui veulent pouvoir consommer au maximum leur propre production.
En outre, le PV produit également du courant continu, que nous convertissons en courant alternatif utilisable à l'aide d'onduleurs - avec les pertes de conversion inhérentes. Et c'est ce courant alternatif utilisable que nous utilisons pour alimenter nos ordinateurs portables, nos smartphones, nos téléviseurs et nos lampes LED. Mais ne fonctionnent-ils pas en courant continu? Il est clair que cette double conversion entraîne des pertes considérables. De plus, la conversion nécessite beaucoup d'électronique, ce qui reste à ce jour un des maillons faibles de l'ensemble du système.
En outre, la double conversion entraîne également une grande complexité. Il suffit de penser à un driver de LED et au nombre de composants qu'il contient et qui sont là uniquement pour la conversion - et donc pas pour le fonctionnement en tant que tel: redressement, filtrage, correction du facteur de puissance .... qui pourrait être beaucoup plus simple.
Le fait que le courant continu présente indéniablement des avantages importants est clair depuis un certain temps. Certains de ces avantages sont également en augmentation. Prenons l'exemple de la hausse des prix des matières premières. Par exemple, le prix du cuivre sur le marché mondial a doublé entre mars 2020 et septembre 2021, soit une période d'un an et demi seulement. D'autres matières premières que l'on retrouve fréquemment dans les composants électriques, comme l'étain et l'aluminium, connaissent également des évolutions similaires. Vous l'avez sans doute remarqué dans les prix que vous payez à vos fournisseurs. Une installation construite simplement, avec moins de composants et de câblage, aura donc certainement un effet positif sur le prix total.
Sécurité
En nous lisant, vous vous demandez peut-être pourquoi nous ne passons pas à un réseau en courant continu. Bien que des mesures aient été prises dans ce sens, par exemple en plaçant des entreprises sur un réseau à courant continu, ce n'est pas encore le cas à grande échelle.
Outre la situation historique, la cause principale est la sécurité de l'utilisateur. Le courant continu doit être équipé d'un dispositif de protection active. Dans les réseaux à courant alternatif, la séquence de tension est sinusoïdale, avec une fréquence familière de 50 Hz alternant entre le positif et le négatif. La commutation mécanique n'est donc pas un problème dans les systèmes de tension alternative. Les arcs qui pourraient se produire sont littéralement tués dans l'œuf grâce au passage fréquent par le point zéro. Cette approche n'est évidemment pas possible avec le courant continu, c'est pourquoi la protection active est utilisée. Dans cette configuration, les fusibles et les disjoncteurs font place à une surveillance continue des valeurs mesurées par des moyens électroniques. En cas de court-circuit, l'augmentation du courant sera immédiatement détectée par le système de sécurité active, qui éteindra l'installation de manière préventive. Avec le courant alternatif, vous devez "attendre" que les fusibles ou les disjoncteurs sautent, c'est pourquoi nous parlons ici de protection passive.
L'absence de normalisation est un obstacle
Il existe donc des possibilités de déconnecter la tension continue et, techniquement, ce n'est pas du tout un problème. Toutefois, il reste encore du travail à faire: la normalisation du courant continu fait encore largement défaut, ce qui est juridiquement très important. Les prescripteurs optent pour ce qu'ils connaissent et dont ils sont certains que les assureurs ne feront pas de difficultés en cas de problème. Bien sûr, ce n'est pas le cas que le courant continu soit ignoré, mais si le courant continu veut vraiment se démarquer des projets de recherche, il devra rattraper son retard dans ce domaine. En outre, outre les appareils à courant continu que nous utilisons, il existe également de nombreux appareils ménagers qui fonctionnent en courant alternatif, comme les machines à laver et les aspirateurs. L'installation d'un double système semble être une trop bonne chose, mais il faut alors prévoir une conversion pour ces appareils.
Un avantage significatif du courant continu par rapport au courant alternatif est la possibilité de travailler avec des câbles plus fins dans certaines applications. Prenons l'exemple de notre éclairage public. Chaque compagnie d'électricité voudra évidemment utiliser au maximum les câbles et connecter autant de lampes que possible à un seul câble. En courant alternatif, le courant de court-circuit est très important pour des raisons de sécurité. Un certain courant de court-circuit est nécessaire pour faire fondre les fusibles. Il faut donc un câble capable de supporter ce courant. Dans le cas du courant alternatif, une limitation apparaît ici sous la forme du comportement inductif du câble. Ce comportement inductif limite le courant de court-circuit. En d'autres termes, si le câble devient trop long, cette réduction aura pour conséquence que le courant de court-circuit minimum ne sera plus atteint. La protection est alors de facto perdue. Comme les réseaux à courant continu fonctionnent sur la base d'une protection active, le réseau sera mis hors tension en cas de défaut. De plus, le temps de réponse de ces électroniques de puissance est également beaucoup plus rapide que celui des fusibles.
Dans la pratique, cela signifie également que la section du câble peut être choisie plus petite pour le courant continu, ou que davantage de points d'éclairage peuvent être connectés à un câble de même section. Le premier avantage en particulier sera de la musique aux oreilles des grands projets. Un câble électrique a une certaine tension maximale. Dans le cas d'une tension alternative sinusoïdale, il s'agit de l'amplitude du gradient. Pour connaître la valeur effective et utilisable de la tension alternative, il faut la diviser par √2. Il y a donc, dans une certaine mesure, une capacité inutilisée. Dans le cas du courant continu, c'est le principe ‘what you see is what you get’ qui s'applique, car ici, le Vmax est aussi effectivement la valeur maximale. Si l'on veut calculer la puissance via la loi d'Ohm, alors P=U.I sera √2 fois plus grande à la tension continue, ce qui est environ 1,4 fois plus grand avec la même section de fil.
