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Câblage souterrain dans le réseau à très haute tension
Nouvelles technologies dans la construction de lignesLa modernisation et l’extension de l’infrastructure sont nécessaires à l’avenir énergétique durable de la Suisse. Il s’agit notamment des lignes à très haute tension où les lignes aériennes prédominent à l’heure actuelle. L’utilisation de câbles souterrains dans le réseau de transport est relativement récente. Les lignes aériennes et souterraines présentent des avantages et des incon-vénients en termes d’étude du projet, de construction, d’exploitation et de maintenance. Swissgrid doit donc examiner pour chaque construction de réseau toutes les variantes possibles de lignes aériennes et souter-raines. Les résultats des études servent aux organes de décision dans le choix des technologies et du couloir.
LE RÉSEAU DE TRANSPORT SUISSE
La distance entre
Berne et Washington D.C.correspond à la longueur du réseau de transport suisse. 40 t
6700 km lignes aériennes
8 km câbles souterrainsLe pourcentage de câbles souterrains dans le réseau de transport de Swissgrid est inférieur à 1 % (situation en 2016).
Le diamètre d’un câble à très haute tension de 380 kV (1000 – 2500 mm²) correspond à 5 × le diamètre d’une pièce de cinq francs.
Pièce de cinq francs
3 cm diamètre
Câble à très haute tension
15 cmdiamètre
60 tLe poids d’une bobine de câble correspond à 1,5 camion.
Des bases de solutions présentant un niveau d’acceptation élevéEtant donné que chaque situation de départ est diffé-rente, le développement territorial, l’environnement ainsi que les aspects techniques et économiques sont constamment analysés à l’aide du « Modèle d’évalua-tion pour lignes de transport ». Cela rend les projets de construction de réseau très exigeants, complexes et longs lors de la phase de planification. La recherche de solutions présentant un niveau d’acceptation élevé est une question d’équilibre étant donné qu’il convient de concilier de nombreux aspects et intérêts différents. Dans le cadre de la procédure ordinaire, les cantons, communes, associations de défense de l’environnement et groupes d’intérêts concernés sont impliqués le plus tôt possible dans le dialogue.
Vue d’ensemble du câblage souterrain
2 Construction du tracé
Les câbles souterrains ne sont pas visibles à la surface du sol. Leur pose laisse toutefois des traces importantes, par exemple sous forme de tranchées dans les forêts, de voies d’accès ou de stations aéro-souterraines. Il convient de clarifier les détails avant de décider du tracé et du type de construction de la ligne. Par exemple, la nature géologique du sol, les infrastruc-tures de transport et d’approvi-sionnement existantes ainsi que les eaux, les nappes phréatiques et les projets de construction poten-tiels font l’objet d’une analyse.
3 Transition ligne aérienne et tronçon souterrain
Il convient de prendre en compte davantage de fac-teurs si différentes technologies sont utilisées sur une même ligne. Le tracé sera notamment plus exigeant. En effet, pour relier les câbles souterrains à la ligne aérienne, une station aéro-souterraine de la taille d’un terrain de hockey sur glace est nécessaire. Lors
du positionnement des stations aéro-souterraines et du tracé de la tranchée de câbles, la traversée des infrastructures de transport existantes représente par exemple des défis importants pour l’étude du projet et la mise en oeuvre.
4 Perturbations
Les perturbations sont plus fréquentes avec les lignes aériennes que souterraines, les aériennes sont plus expo-sées aux influences naturelles (p. ex. foudre, givre, chute d'arbres). Il faut toutefois noter une différence importante dans les délais de réparation se répercutant sur la dispo-nibilité. Les lignes aériennes sont à nouveau disponibles
après quelques heures, la réparation des câbles sou-terrains peut durer des semaines voire des mois. La perturbation d'un câble souterrain est souvent due à une avarie. Des appareils de mesure contrôlent les différentes portions de câble pour la trouver. Produire et remplacer un nouveau câble prend du temps et du travail.
1 Dimensionnement technique
Les conditions-cadres (p. ex. puis-sance de transport, longueur du tracé, charge des lignes, conditions du sol, etc.) jouent un rôle essentiel lors du dimensionnement technique et influencent également le nombre de conducteurs, leur section ou le choix des matériaux utilisés pour ceux-ci. A cela s’ajoutent les exi-gences en termes de disponibilité et de redondance. Comment les câbles
souterrains doivent-ils être dimen-sionnés afin de garantir la sécurité de l’approvisionnement? Chaque extension du réseau de transport doit être clarifiée au cas par cas et évaluée en tenant compte de la fiabilité de l’exploitation.
Types de construction
Bloc de tubes Construction de tunnels Forage dirigé
Les blocs de tubes en béton sont posés à ciel ouvert à env. 1 à 2 mètres de profondeur. La largeur de la tran-chée de câbles s’élève à env. 5 mètres. Une largeur minimale d’env. 25 mètres est nécessaire à la construction.
Afin de poser des câbles souterrains sans tranchée, des tunnels d’env. 3 à 4 mètres de diamètre sont construits sous forme de galeries ou par micro tunnelier. Les câbles sont placés sur des supports de câbles spécifiques.
Une tête de forage à commande de direction creuse sous les obstacles de la surface. Pour éviter qu’ils ne s’effondrent, un liquide stabilisant est giclé derrière la tête de forage et les tubes vides pour les câbles sont posés. Ce type de construction convient pour de courtes distances comme, par exemple, les passages sous des rivières ou des routes.
1
3 2
4 6
5 7
L’utilisation et l’exploitation de câbles souterrains dans le réseau de transport sont complexes et exigeantes.
Représentation schématique
7 Phase d’exploitation
Les stations aéro-souterraines, les câbles proprement dits et les manchons font partie d’un tracé de câbles souterrains. Pour la connexion des segments de câbles de respectivement environ 1 km, des manchons sont posés et restent en règle générale accessibles pendant toute la phase d’exploitation. Les manchons raccordent les différents tronçons de câbles et comptent parmi les éléments de construction les plus complexes avec les extrémités de câbles. Selon les estimations actuelles, la durée de vie des câbles sou-terrains est d’environ 40 ans. Les câbles souterrains dans un système à courant alternatif augmentent la tension le long de la ligne. Des installations de compen-sation sont indispensables à partir d’une certaine longueur de câble (env. 20 km) afin que la tension n’augmente pas trop. L’inconvénient de ces installations est l’augmentation des pertes électriques. Il faut savoir que plus le câble souterrain est long, plus la part d’énergie électrique non utilisable augmente.
5 Logistique et infrastructure de construction
La construction de lignes est complexe en termes de logistique. Il convient de créer des voies d’accès pour le transport et d’équiper les chantiers de l’infrastruc-ture nécessaire. Pour les câbles souterrains, le chantier temporaire, le parc de machines, le matériel ainsi que l’excavation de la terre nécessitent une surface impor-tante. Pendant la phase de construction, la largeur du tracé s’élève à env. 25 mètres et passe à env. 5 mètres
pendant la phase d’exploitation. D’un point de vue logistique, les câbles souterrains à très haute tension sont lourds en raison de leur section du conducteur et de leur isolation plastique. Pour les lignes 380 kV, 1 km de câbles pèse jusqu’à 60 tonnes. Pour amener les câbles sur place pour le montage ou le remplacement ultérieur, des voies adaptées aux convois exceptionnels doivent être construites.
1,1 m
Déblai
Déblai
Humus
1,9 m
1,55 m1,5 m 1,5 m
5 m7 m 5 m 8 m
25 m
6 Gestion du sol
Après la construction du tracé, le sol peut être à nouveau exploité à des fins agricoles ou être végétalisé. Etant donné que les racines représentent un danger pour les câbles souterrains, un espace libre d’arbres aux racines profondes ou à tige haute est nécessaire. Selon le flux de charge, les pertes électriques réchauffent les câbles souterrains ainsi que le sol environnant. Des installations de mesure permettent de mesurer et surveiller la température du sol.
Espace libre pour les arbres aux racines profondes ou à tige haute
Champs électriques et magnétiques Le champ magnétique dépend de l’intensité du courant (ampères) et de la disposition géométrique des conduc-teurs. Le champ électrique est défini par la tension. Pour les câbles souterrains, les champs dépendent du courant déterminant, de la profondeur de pose et de la disposition des câbles. La diffusion spatiale du champ magnétique est plus faible que pour les lignes aériennes. Cependant, l’intensité juste au-dessus du câble souterrain est toutefois bien plus élevée que sous une ligne aérienne. La valeur limite d’1 microtesla est respectée dès env. 6 à 8 mètres de distance par rapport à l’axe du câble souterrain – pour la ligne aérienne, la distance correspondante s’élève à env. 60 à 80 mètres.
L’Homme, l’environnement et le paysage
100 µT
60 – 80 m
6 – 8 m
6 – 8 m
1 µT
Situation actuelle
Les câbles souterrains sont très répandus pour le transport de l’électricité dans les réseaux de distribu-tion régionaux et sont de plus en plus utilisés dans le réseau de distribution national jusqu’à 150 kV. Dans ces domaines, les câbles souterrains ont fait leurs preuves en matière de technique et d’exploitation. Dans le réseau de transport 380 kV et 220 kV, peu de câbles souterrains de plus d’1 km sont utilisés, il manque donc les valeurs empiriques issues de l’ex-ploitation sur une longue période.
Paysage
En règle générale, les câbles souterrains présentent mieux que les lignes aériennes en termes de paysage. Alors que le tracé des câbles ne se voit pas en terrain ouvert, il est cependant très visible sur les surfaces boisées en raison des zones à respecter sans arbres aux racines profondes et à tige haute. Dans les zones marécageuses d’importance nationale, les zones de protection des eaux souterraines, les prairies ou les biotopes, il est interdit de poser des câbles souter-rains selon la réglementation de la Confédération. Dans la mesure du possible, des lignes aériennes sont construites ou alors le tracé contourne ces zones.
Source: Rapport d’activité de l’ElCom de 2015
Câble souterrain Ligne aérienne
Très haute tension: 380 kV & 220 kV 8 km 6 750 km
Haute tension: 36 kV à 150 kV 2031 km 7 158 km
Moyenne tension: 1 kV à 36 kV 33 544 km 10 914 km
Basse tension: 0,4 kV à 1 kV 76 311 km 9 719 km
Le système d'évaluation des lignes de transport d'électricité
Bases décisionnelles
Chaque projet de construction de réseau est élaboré dans le cadre d’une procédure fédérale de planification et d’autorisation de plusieurs étapes, dans laquelle sont impliqués les offices fédéraux, les autorités cantonales, les associations de défense de l’environ-nement, les gestionnaires de réseau et les personnes directement concernées. Tandis que les autorités définissent la technologie de transport et le couloir de projet lors de la procédure de plan sectoriel, les
personnes directement concernées peuvent soumettre leurs demandes lors de la procédure d’approbation des plans. Pour les décisions, le « Modèle d’évaluation pour lignes de transport » élaboré par l’Office fédéral de l’énergie (OFEN), l’Office fédéral de l’environnement (OFEV) et l’Office fédéral du développement territorial (ARE) ainsi que la Commission fédérale de l’électricité (ElCom) est utilisé. L’objectif est de garantir des solu-tions qui présentent un niveau d’acceptation élevé.
Développement territorial
1. Préserver les ressources, regroupe-ment avec d’autres infrastructures
2. Protéger les zones habitées
3. Tenir compte des objectifs de planifi-cation du développement territorial
Environnement
1. Protection contre les immissions, rayonnement électromagnétique et bruit
2. Protection du paysage
3. Forêt et biotope
4. Nappe phréatique/sol
Aspects techniques
1. Exploitation du réseau, augmentation de la sécurité (n-1)
2. Fiabilité et sécurité
3. Cycle de vie, pertes d’énergie et écobilan
Aspects économiques
1. Coûts des investissements et coûts d’exploitation
2. Analyse coût-bénéfice
Les quatre catégories d'évaluation ont la même importance lors de la décision concernant la technologie de transport.
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BRO5010_f1701 / janvier 2017
Comparaison des coûtsLes coûts font partie des bases décisionnelles. Les coûts de cycle de vie sont pris en compte. Ces derniers comprennent la construc-tion, l’exploitation, la maintenance et les pertes d’énergie électrique pendant toute la durée de vie. En fonction de la technologie et des conditions locales, les coûts d’un câblage souterrain dépassent d’un facteur déterminé ceux d’une ligne aérienne. Dans les cas où les câbles souterrains présentent des conditions favorables et les lignes aériennes des conditions défavorables, les câbles souterrains peuvent être environ deux fois plus chers. Si ces conditions sont inversées, ce facteur peut s’élever à 10 et plus.
Chaque projet de réseau de Swissgrid, qu’il s’agisse d’une ligne aérienne ou d’un câble souterrain, doit être évalué par l’autorité de régu-lation ElCom d’un point de vue économique, étant donné que les coûts se répercuteront sur la facture d’électricité des consommateurs.
