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Record du monde de longueur pour un câble supraconducteur

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Aux Etats-Unis, une société française, Nexans, vient d'installer une liaison supraconductrice de plus de six cents mètres de longueur, refroidie par azote liquide et capable de transporter plus de 500 mégawatts avec une tension relativement faible. C'est une première qui laisse augurer d'autres réalisations.

Les trois câbles à supraconducteurs plongent dans le sol pour une liaison de 600 mètres. © American Superconductor Corp.

En peu d'années, la supraconduction est passée du laboratoire aux applications de hautes technologies. Elle investit désormais l'industrie du transport d'électricité avec des câbles à résistance nulle qui réduisent considérablement les pertes. Le long d'une ligne électrique, l'énergie du courant électrique se dissipe sous forme de chaleur. C'est l'effet Joule, qui dépend de la résistance électrique du matériau traversé par le courant et de l'intensité que l'on y fait passer. Sur un fil de cuivre ou d'aluminium, elle est faible (environ 5 ohms par kilomètre) mais finit par devenir importante sur des liaisons de longues distances. Les câbles s'échauffent et de l'énergie est perdue.

Pour fournir une bonne puissance (des watts) à suffisamment de clients, la solution actuelle est d'augmenter la tension (les volts) plutôt que l'intensité (les ampères). Car avec trop d'ampères, l'effet Joule ferait fondre les fils. C'est pourquoi les liaisons utilisent la haute tension. En France, les grands pylônes qui traversent des régions entières supportent 400.000 volts (soit 400 kilovolts, ou kV). Cette tension élevée n'est pas sans inconvénients. Elle complique l'isolation des conducteurs et génère des champs électriques importants qui se propagent autour de la ligne, avec un effet toujours mal connu sur les organismes vivants, par exemple humains, évoluant dans les environs.

L'espoir d'utiliser la supraconduction pour réduire la tension des lignes et éviter l'échauffement, donc les pertes, est ancien. Dans un matériau supraconducteur, la résistance électrique est annulée au-dessous d'une certaine température critique. Fortuitement découvert en 1911 sur le mercure refroidi à 4,2 kelvins (4,2 degrés au-dessus du zéro absolu), cet étrange phénomène a commencé à être étudié sérieusement à partir de 1986, quand les Suisses Alex Müller et Johannes Bednorz ont observé la supraconduction d'un oxyde composé de baryum, de lanthane et de cuivre, à 34 kelvins. Un prix Nobel a récompensé cette découverte qui a initié une multitude de travaux pour chercher un supraconducteur dont la température critique serait suffisamment élevée. La plupart sont des cuprates (c'est-à-dire des oxydes de cuivre). On en est aujourd'hui, non pas à la température ambiante mais à celle de l'azote liquide (au plus -196°C), que l'on peut se procurer dans le commerce pour quelques euros le litre. Les applications concrètes deviennent donc possibles.

Le câble à supraconducteur, avec sa gaine cryogénique. © Nexans

Un câble en remplace 150

Aux Etats-Unis, la société Nexans, fabricant de câbles électriques (et leader mondial du secteur), et l'américaine AMSC (American Superconductor Corporation), ont installé la première ligne à supraconducteurs de six cents mètres de longueur, à Holbrook, près de New York, pour le compte de la LIPA (Long Island Power Authority). Le matériau du câble est un cuprate comportant du bismuth, du strontium et du calcium (Bi-Sr-Ca-Cu-O), dont la température critique est d'environ -170°C. La gaine est refroidie en permanence par de l'azote liquide (la société L'Air liquide était partie prenante de cette installation pilote).

Avec ses trois câbles, cette liaison peut transporter jusqu'à 574 mégawatts, soit une puissance suffisante pour alimenter trois cent mille foyers (américains). Pourtant, la tension électrique est seulement de 138 kV. Mais chaque câble peut supporter une intensité de 2.400 ampères, très au-delà de ce que pourrait supporter un câblage traditionnel, véhiculant 150 fois plus d'électricité qu'une liaison en cuivre. Le coût supplémentaire imposé par le système de refroidissement semble compensé par les avantages, dont, surtout, l'absence de toute perte d'énergie.

Considérée comme un démonstrateur, l'installation de Long Island devrait être suivie d'autres opérations de ce genre dans les années à venir.

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