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.
au sommaire
En 2020, les énergies renouvelablesénergies 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 éolienneséoliennes 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 tensionhaute tension sont utilisés, dont certains peuvent supporter jusqu’à 800.000 volts. Mais plus la tension augmente, moins l'isolationisolation 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 continucourant continu haute tension) est principalement le polyéthylène basse densité (LDPE). Pour diminuer la conductivité de ce dernier, des additifs sont ajoutés dans le plastiqueplastique, comme des polyéthylène haute densité (PEHD), des nanoparticulesnanoparticules d'oxyde métallique, des allotropesallotropes de carbone ou diverses molécules aromatiquesaromatiques. Ces additifs « piègent » les charges électriques et réduisent leur mobilité, ce qui permet de réduire la conductivité électrique.
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 polymèrepolymère 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-conducteurssemi-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 chimiechimie et de génie chimique de l'Université de technologie de Chalmers et coauteur de l'étude.
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 vitessevitesse 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 alliagealliage de carbone siliciumsilicium et servirait à remplir l'espace qui se trouve entre les différentes couches qui composent le câble. Sa constante diélectriqueconstante 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 substratsubstrat.
La méthode CVD catalytique est utilisée à 400 °C, réduisant ainsi les possibilités de dommages. Par ailleurs, la vitesse de laminagelaminage 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.
