Le transport d’électricité sur des très longues distances est un enjeu clé pour la transition énergétique. © Petar, Adobe Stock
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Un nouvel isolant pour les câbles de haute tension pourrait révolutionner le transport électrique

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Les câbles à très haute tension sont de plus en plus utilisés pour transporter de l'électricité sur de longues distances. Mais, plus le voltage augmente, moins l'isolation des câbles est efficace. Des chercheurs suédois ont découvert un additif permettant de diviser par trois la conductivité, ce qui permettrait d'alléger considérablement le poids des câbles.

En 2020, les énergies renouvelables ont représenté 28 % de la production électrique dans le monde. Le problème est que, très souvent, le lieu de production ne correspond pas du tout au lieu de consommation. En Allemagne, par exemple, les éoliennes sont principalement installées dans les régions côtières du nord, alors que les grands bassins industriels, gros consommateurs d'électricité, sont plutôt implantés dans le sud, vers la Bavière. De même, en Chine, les grandes installations hydrauliques sont situées au nord-est du pays, alors que la population est concentrée sur les côtes du sud-est.

Des câbles de plus en plus lourds

Pour transporter l'électricité sur de longues distances, des câbles à ultra haute tension sont utilisés, dont certains peuvent supporter jusqu’à 800.000 volts. Mais plus la tension augmente, moins l'isolation du câble est efficace. Il faut donc mettre une couche d'isolation très épaisse, ce qui les alourdit considérablement. Certains câbles à haute tension de 400 ou 500 kV pèsent ainsi jusqu’à 100 kg/mètre pour des diamètres compris entre 20 et 30 cm ! Les scientifiques planchent donc depuis de nombreuses années sur des isolants plus efficaces, permettant d'alléger les contraintes.

Renforcer l’isolation des câbles

À l'heure actuelle, le matériau utilisé pour l'isolation des câbles HVDC (courant continu haute tension) est principalement le polyéthylène basse densité (LDPE). Pour diminuer la conductivité de ce dernier, des additifs sont ajoutés dans le plastique, comme des polyéthylène haute densité (PEHD), des nanoparticules d'oxyde métallique, des allotropes de carbone ou diverses molécules aromatiques. Ces additifs « piègent » les charges électriques et réduisent leur mobilité, ce qui permet de réduire la conductivité électrique.

Un câble HDVC est composé d’un noyau conducteur en cuivre ou aluminium, entouré d’un composite en noir de carbone, d’une couche d’isolant en polyéthylène et d’une couche de protection extérieure. © Yen Strandqvist, Chalmers University of Technology

Une équipe de l'Université de technologie de Chalmers, en Suède, vient de faire un pas supplémentaire en dévoilant un nouveau matériau jusqu'à trois fois moins conducteur, une découverte qui pourrait révolutionner le transport électrique sur longues distances. La base de l'isolant est toujours le polyéthylène, mais les chercheurs y ont ajouté une très petite quantité de polymère nommé poly(3-hexylthiophène) (P3HT), à hauteur de 0,0005 % du poids de plastique. Ils ont alors constaté une réduction de la conductivité pouvant atteindre 6.000 % en poids, « ce qui dépasse de loin l'efficacité de tout autre composé étudié à ce jour », se félicitent-ils dans leur étude publiée dans la revue Advanced Materials. En réduisant la conductivité, on peut alors utiliser moins de plastique et donc alléger le câble.

De nouveaux matériaux prometteurs

Les polymères conjugués tels que le P3HT n'ont rien de nouveau : ils ont été utilisés dans le passé dans l'électronique comme semi-conducteurs pour fabriquer des circuits imprimés flexibles ou des panneaux photovoltaïques. Mais c'est la première fois qu'ils sont envisagés comme isolants. « Cette découverte pourrait ouvrir un nouveau champ de recherche dans la conception et l'optimisation de plastique aux propriétés électriques avancées pour le transport et de stockage de l'énergie », assure Christian Müller, professeur au Département de chimie et de génie chimique de l'Université de technologie de Chalmers et coauteur de l'étude.

Pour en savoir plus

Un isolant céramique pour des câbles plus conducteurs

Article de l'Adit publié le 10/05/2003

Un nouveau matériau isolant utilisé pour les câbles coaxiaux vient d'être développé et permettrait d'améliorer de plus de 25 % la vitesse de transfert de données.

Tri Chemical Laboratories et le professeur Hiroshi Nakayama de l'université d'Osaka ont conjointement développé le produit et espèrent pouvoir le commercialiser d'ici 2 ou 3 ans. Le matériau est composé d'un alliage de carbone silicium et servirait à remplir l'espace qui se trouve entre les différentes couches qui composent le câble. Sa constante diélectrique est de 3,01 à comparer au 3,9 de la couche d'oxyde de silicium, ce qui signifie qu'il faciliterait le transfert du signal électrique à travers le câble. Afin de fabriquer le film, l'équipe de chercheurs a utilisé une méthode catalytique de déposition par vapeur chimique (CVD). Auparavant, la méthode plasma CVD était utilisée sous une température de 800 °C, aboutissant à des dommages sur le substrat.

La méthode CVD catalytique est utilisée à 400 °C, réduisant ainsi les possibilités de dommages. Par ailleurs, la vitesse de laminage est de seulement 0,4 µm/min, soit 10 fois plus rapide que les méthodes conventionnelles. Les chercheurs travaillent actuellement sur le développement d'un film isolant possèdant une plus basse constante électrique.

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