Électricité, transport de l'

Électricité, transport de l'

Les lignes de transport d'électricité amènent l'électricité produite dans les centrales (voir ÉLECTRICITÉ, PRODUCTION D') jusqu'aux réseaux de distribution qui alimentent les consommateurs industriels, commerciaux et résidentiels. Dans un environnement urbain, les lignes de transport peuvent s'étendre sur quelques kilomètres seulement, tandis que celles qui transportent l'énergie à partir des centrales hydroélectriques éloignées mesurent parfois plus de 1000 km. Ces lignes se distinguent par la quantité d'électricité qu'elles transportent. Les exigences n'étant pas toujours les mêmes, plusieurs facteurs techniques, économiques et environnementaux influent sur la planification des nouvelles lignes de transport.

Il existe deux modes de transport : le courant continu (c.c.), où le courant ne circule que dans une seule direction, et le courant alternatif (c.a.), où le courant change de direction plusieurs fois par seconde. Comme il est difficile de modifier la tension du courant continu, il doit être transmis à la basse tension à laquelle il est généré et utilisé. Cette caractéristique restreint son utilisation. En effet, lorsqu'il faut transporter une grande quantité d'énergie ou lui faire parcourir une longue distance, les coûts du conducteur (fil de cuivre) deviennent prohibitifs. En revanche, le c.a. peut être généré à une basse tension, laquelle est ensuite augmentée par un transformateur, transportée et reconvertie à une basse tension avant l'utilisation. Par conséquent, depuis l'invention du transformateur dans les années 1890, presque toute l'électricité est transmise en c.a.

La transmission en c.c. présente néanmoins plusieurs avantages et son utilisation tend à se répandre. Une ligne de transport en c.c., par exemple, qui n'exige que deux conducteurs alors qu'une ligne en c.a. en exige trois, ne coûte que les deux-tiers du prix. De plus, la tension efficace de la transmission en c.c. est égale à la tension maximale, alors que la tension maximale de la transmission en c.a. est supérieure de 40 p.100 à la tension efficace. Les perturbations radioélectriques s'accroissant avec la tension maximale et diminuant avec l'augmentation de la taille du conducteur, un circuit c.c. peut transporter une tension efficace plus grande que celle d'une ligne de transmission en c.a. équivalente, tout en conservant un niveau de perturbations radioélectriques acceptable. Ainsi, sur certaines lignes transportant l'énergie en bloc à partir des centrales éloignées, l'énergie est générée en c.a., puis la tension est augmentée et convertie en c.c. pour la transmission; elle est ensuite reconvertie en c.a. et réduite à une tension propre à l'utilisation. Le coût des stations de transformateurs installées aux deux extrémités est compensé par la réduction du coût de la ligne. La ligne de transmission en c.c. du fleuve Nelson (Manitoba) illustre cet exemple : elle transporte l'énergie des centrales du fleuve Nelson jusqu'à Winnipeg, près de 1000 km plus au sud. Un autre avantage de la transmission en c.c. tient au fait qu'elle permet l'utilisation de câbles sous-marins, comme dans le cas de la ligne entre la partie continentale de la Colombie-Britannique et l'île de Vancouver.

Les tensions c.a. et c.c. peuvent être transportées par des lignes aériennes ou souterraines. Bien que le coût des câbles souterrains soit beaucoup plus élevé que celui des câbles aériens, cette augmentation peut être acceptable dans les secteurs urbains où l'espace est insuffisant ou l'esthétique très importante. La traversée des plans d'eau exige aussi l'utilisation de câbles souterrains lorsque la distance à parcourir dépasse celle qui peut être franchie par les lignes aériennes.

Les lignes aériennes comportent trois éléments principaux : les supports, les isolateurs et les conducteurs. Les supports peuvent être des poteaux en bois, des pylônes autoportants en acier ou haubanés en acier ou en aluminium. Des isolateurs d'alignement en verre ou en porcelaine isolent les conducteurs sous tension des pylônes mis à la masse. Les isolateurs sont formés d'un capot métallique sur la partie supérieure et d'une tige métallique sous le capot. La tige et le capot sont séparés par l'isolant en verre ou en porcelaine. Ces isolateurs forment des chaînes dont la longueur varie selon le niveau de tension et les applications. Plusieurs chaînes d'isolateurs peuvent être installées parallèlement pour supporter le poids des conducteurs. Une tension de 735 kV exige l'installation d'environ 30 isolateurs. Les essais sur le terrain et l'utilisation à grande échelle de nouveaux types d'isolateurs en polymère se sont accentués dans les années 80. À l'origine, le transport de l'électricité reposait essentiellement sur les conducteurs en cuivre, alors que de nos jours, ceux-ci sont presque en aluminium. Les conducteurs, formés d'un ensemble de fils (de 1 à 5 mm de diamètre), atteignent un diamètre de 4 à 50 mm. Pour augmenter leur solidité, l'âme des conducteurs est souvent faite d'acier ou d'un alliage d'aluminium hautement résistant. Un maximum de quatre conducteurs peuvent être regroupés pour former un faisceau de conducteurs dans une ligne de transport.

Les tensions de transmission varient considérablement. Au début du XX^e siècle, les lignes de transport de la nouvelle industrie de l'énergie canadienne transportent quelques dizaines de kilowatts (kW) à une tension de quelques dizaines de kilovolts. De nos jours, une seule des lignes de transport de la baie James d'HYDRO-QUÉBEC peut transmettre plus de 2000 mégawatts (MW) à une tension de 735 kV sur plus de 1000 km. À mesure que la quantité d'énergie et les distances s'accroissent, il faut augmenter la tension afin de réduire les pertes et augmenter l'énergie transportée par une seule ligne. Les pertes sont proportionnelles à la distance et au carré de l'intensité du courant. Pour la même puissance, si la tension est doublée, l'intensité du courant est divisée par deux et la distance peut être multipliée par quatre sans augmenter les pertes. Les coûts grimpent malheureusement avec l'augmentation de la tension : la taille de presque tous les éléments doit être augmentée et les problèmes d'isolation deviennent plus complexes. L'électricité est générée à des tensions relativement basses de 25 kV ou moins. Il faut la faire passer à une tension élevée pour le transport et la reconvertir ensuite aux tensions de distribution qui sont en général inférieures à 25 kV. Puisque le coût des transformateurs augmente avec la tension, la tension optimale doit être choisie avec soin. Pour des raisons techniques complexes, l'utilisation de tensions de transmission élevées favorise la stabilité du réseau électrique.

En raison des longues distances de transmission du Canada, les services publics d'électricité (voir ÉLECTRICITÉ, SERVICES PUBLICS D') canadiens innovent souvent dans le domaine de la technologie du transport électrique. Depuis 1982, le réseau du fleuve Nelson, propriété de Manitoba Hydro et mis en service en 1972, est le réseau de transport en c.c. le plus important au monde. En 1965, Hydro-Québec inaugure sa ligne de transport de Manicouagan (735 kV) et deviennent la première entreprise de production d'électricité à dépasser le niveau de transmission en c.a. de 500 kV. Comme des tensions plus élevées seront probablement nécessaires dans le futur, les entreprises de production d'électricité encouragent la recherche dans le domaine de la transmission de tensions supérieures à 1000 kV.