Les lignes électriques à haute tension ont à la fois un rôle de transport de l’électricité vers le consommateur final et un rôle d’échange entre grandes régions et entre pays.
ILes lignes, voies de transport de l’électricité
Pour pouvoir circuler entre une source (centrale électrique) et un point de consommation (utilisateur), le courant électrique a besoin d’un circuit fermé. Une ligne électrique doit donc être constituée d’au moins deux câbles conducteurs.
La tension de la ligne est la tension électrique efficace U présente entre les câbles conducteurs.
La tension U se mesure en volts (symbole : V).
Pour un bon fonctionnement du réseau, cette tension, imposée par la source en amont, doit avoir une valeur quasiment constante, quelle que soit la puissance transportée par la ligne. En France, les lignes à haute tension ont une tension comprise entre 63 000 et 400 000 V.
MOTS CLÉS
La tension est la différence de potentiel électrique entre deux points d’un circuit, permettant de mettre en mouvement les électrons.
L’intensité correspond au flux (au débit) d’électrons dans le circuit.
L’intensité efficace I du courant électrique parcourant chaque conducteur est déterminée par la consommation des utilisateurs en aval. Contrairement à la tension U, l’intensité I est donc, à priori, variable selon les besoins.
L’intensité I se mesure en ampères (symbole : A).
La puissance électrique se mesure en watts (symbole : W).
La puissance P transportée par une ligne électrique est fonction de la tension U et de l’intensité I : .
IIEffet Joule, échauffements et pertes d’énergie
1 L’effet Joule provoque une perte d’énergie
Tout matériau conducteur oppose une résistance au passage du courant électrique. La résistance d’un câble de ligne électrique est très faible, mais pas totalement nulle. De ce fait, une petite partie de l’énergie électrique transportée est convertie en énergie thermique lorsque le courant circule dans le câble. Il en résulte un échauffement : c’est l’effet Joule.
Les pertes par effet Joule ont un coût financier et écologique, car la source doit produire une énergie légèrement supérieure à celle consommée par les utilisateurs (10 % pour la France).
À noteR
L’énergie perdue par effet Joule est proportionnelle au carré de l’intensité du courant transporté : doubler l’intensité multiplie l’échauffement – et donc les pertes – par 4.
2 L’effet Joule limite la puissance maximale des lignes
L’effet Joule a aussi des conséquences physiques néfastes pour les lignes. L’échauffement provoque un allongement des câbles, qui peuvent alors se rapprocher excessivement de la végétation entre les pylônes et induire un risque d’arc électrique. Pour les lignes enterrées, l’échauffement cause un vieillissement accéléré de l’isolant.
IIILe choix de la tension des lignes
Partons de la puissance transportée :
Les pertes Joule sont proportionnelle à
L’expression ci-dessus montre que, pour une puissance transportée donnée P, les pertes Joules sont inversement proportionnelles au carré de la tension U (doubler la tension divise les pertes par 4). Il est donc particulièrement intéressant de choisir une forte valeur de tension de ligne pour diminuer les pertes et l’échauffement.
Cependant, pour une ligne aérienne, une tension plus élevée impose d’espacer les câbles et de les placer plus loin du sol pour éviter le risque d’arc électrique. La tension U impose en effet la taille des isolateurs h (galettes en verre ou porcelaine qui évitent que le courant ne se propage dans le pylône) et la garde au sol H.
Le choix de la tension détermine donc l’encombrement des pylônes et leur acceptabilité environnementale.
Doc La taille des pylônes
Ainsi en fonction de la distance à franchir et de la puissance à transporter, le choix de la tension utilisée sur le réseau résulte d’un compromis entre pertes, échauffement et encombrement de la ligne.