Lignes aériennes et lignes câblées souterraines
Aujourd’hui, l’énergie au niveau de la très haute tension (380 kV et 220 kV) est en grande partie transportée via des lignes aériennes, lesquelles représentent 99% du réseau de transport suisse. L’utilisation de lignes câblées souterraines dans le réseau à très haute tension est relativement nouvelle et n’a donc pas encore fait ses preuves. Les deux technologies présentent des avantages et des inconvénients lors des études de projets, de la construction, de l’exploitation et de la maintenance. C’est pourquoi Swissgrid analyse les variantes avec ligne aérienne ou souterraine pour chaque projet d’extension du réseau.
Ligne aérienne
Swissgrid entretient 12000 pylônes dans le réseau à très haute tension en Suisse. Beaucoup d’entre eux se trouvent sur des terrains difficiles: dans des endroits montagneux, escarpés et souvent difficiles d’accès, sur un sol rocailleux et parfois instable. Construire de nouvelles lignes sur ce type de terrains s’avère techniquement difficile. À cet égard, Swissgrid peut compter sur sa grande expérience et exploiter son savoir-faire considérable.
Ligne câblée souterraine
Le câblage souterrain était jusqu’à présent très peu utilisé en Suisse au niveau de la très haute tension en comparaison aux lignes aériennes. En effet, un câblage souterrain n’est réalisable que dans certaines conditions. De nombreux facteurs, comme le sol, la capacité de transport, la longueur du tracé, les coûts ou la charge de la ligne, sont déterminants. C’est en 2019 que Swissgrid a enterré pour la première fois un câble à très haute tension d’une ligne de 380 kilovolts. Cela lui permet de collecter des données importantes et d’en tirer des conclusions pour l’avenir.
Les modes de construction des projets de lignes
Construction de lignes aériennes: sur des fondations solides
Construction du tracé: voici comment le câble est enterré
Comment poser une ligne de transport dans le sous-sol? Quels procédés conviennent à quel terrain et comment affectent-ils la durée de construction, les coûts ou la résistance? Dans le cadre de la planification des lignes, Swissgrid cherche toujours des solutions optimales à la croisée des quatre piliers que sont la rentabilité, la technique, le développement territorial et l’environnement. À cet égard, le «système modulaire de construction de lignes» est un outil important. Il décrit avec précision les avantages et les inconvénients des différentes solutions possibles et répond ainsi au besoin d’une évaluation fondée de toutes les possibilités de construction.
Batterie de tubes de câbles
Il s’agit de la variante de construction la plus facile et la plus rentable. Pour ce faire, on creuse une tranchée de câble à ciel ouvert. Des tuyaux de protection de câbles sont alors installés dans la tranchée, puis bétonnés avant d’être recouverts de terre. Ensuite, il n’y a plus qu’à tirer les câbles dans les tuyaux de protection de câbles.
Construction de tunnel
C’est cette méthode que l’on choisit lorsque le terrain est rocheux, montagneux ou pour passer sous des obstacles tels que des habitations ou des voies ferrées. Ces tunnels accessibles sont aménagés via la construction de galeries ou par forçage hydraulique (pousse-tube), les câbles étant conduits via des supports de câbles spéciaux. Le profil relativement important du tunnel entraîne une production considérable de matériaux d’excavation, qui doivent être mis en décharge.
Les éléments apparents des lignes câblées souterraines
La protection du paysage est un argument majeur en faveur du câblage souterrain. Une grande partie de l’infrastructure des lignes est enfouie dans le sol et, de fait, invisible. Les lignes câblées souterraines ne manquent pas non plus de laisser des traces dans le paysage, par exemple sous la forme de tranchées dans la forêt, de routes d’accès et de stations aéro-souterraines reliant la ligne aérienne à la ligne câblée souterraine. Des puits spéciaux sont utilisés pour le contrôle et la réparation des raccordements de câbles. La tension est stabilisée grâce à des installations de compensation. Les voies d’accès et les tranchées en forêt sont autant d’éléments visibles d’un câblage souterrain
Stations aéro-souterraines
Des stations aéro-souterraines sont nécessaires pour raccorder les lignes câblées souterraines aux lignes aériennes. Leurs supports d’ancrage, qui s’élèvent jusqu’à environ 25 mètres dans le ciel, en sont la caractéristique la plus frappante. Ils captent les lignes du dernier pylône et les raccordent avec les câbles souterrains. Les stations aéro-souterraines nécessitent la superficie d’un terrain de hockey sur glace environ. Lorsqu’elle planifie un câblage partiel, Swissgrid veille à en optimiser l’intégration dans le paysage.
Installations de compensation
Les lignes câblées souterraines augmentent davantage la tension dans le réseau que leurs homologues aériennes. Swissgrid est tenue de s’assurer que la tension sur l’ensemble du réseau de transport n’est pas trop élevée. Dans ce contexte, elle peut demander aux centrales électriques de réduire la tension, ou bien construire des installations dites de compensation qui réduisent la tension. Celles-ci sont positionnées dans la mesure du possible au niveau d’une station aéro-souterraine ou d’une sous-station, ou également dans une zone libre. En fonction de leur puissance, les installations de compensation peuvent faire la taille d’un camion.
Puits de manchon et de jonction
Les câbles à très haute tension enfouis dans le sol se composent de plusieurs couches. Cela constitue un poids considérable. C’est pourquoi le tirage de ces câbles dans les batteries de tubes ne se fait que sur des portions d’environ un kilomètre. Les sections de câble sont assemblées à l’aide de pièces de raccordement spéciales, les manchons. Étant donné qu’il s’agit d’une opération techniquement difficile, les manchons, relativement sujets à des pannes, doivent rester accessibles en permanence. Il convient donc de construire des puits de manchon spéciaux dédiés aux travaux de réparation et de montage. Il faut également mettre en œuvre des puits pour les brides, notamment pour les borniers qui empêchent que les câbles souterrains situés sur un terrain en pente ne se déplacent.
Débroussaillage et trouées pour les câbles souterrains
Si les lignes câblées souterraines traversent des zones forestières, des élagages sont nécessaires pour faire de la place pour la construction de la tranchée du câble. Une partie de ces surfaces peut être reboisée une fois les travaux terminés. Étant donné que les racines sont susceptibles de causer des dommages, il convient de conserver une trouée dégagée au-dessus des batteries de tubes, et ce, de manière durable (ce que l’on appelle une zone à maintenir libre). Des débroussaillages durables s’imposent également lorsque des stations aéro-souterraines sont installées en zones forestières.
Débroussaillage et trouées pour les lignes aériennes
La construction de lignes aériennes dans des zones forestières exige des débroussaillages, par exemple pour créer les accès, les dépôts ou pour construire les fondations des pylônes. Une partie de ces surfaces peut être reboisée une fois les travaux terminés. Seuls des arbres à branches basses doivent être plantés directement sous les lignes aériennes.
Informations détaillées sur le comportement à adopter à proximité des lignes électriques
La maintenance et l’exploitation
Les lignes aériennes et les lignes câblées souterraines présentent des avantages et des inconvénients lors de l’exploitation et de la maintenance du réseau. Les difficultés techniques, comme le maintien de la tension, augmentent proportionnellement au nombre de tronçons enterrés du réseau de transport. En effet, ces deux technologies présentent différentes caractéristiques électriques qui affectent la stabilité et la disponibilité du réseau de transport.
Entretien et durée de vie
Lignes aériennes
Les lignes aériennes et les pylônes sont régulièrement inspectés et entretenus afin de garantir la disponibilité permanente du réseau de transport. Une ligne aérienne a une durée de vie d’environ 80 ans.
Sous une ligne aérienne, le sol peut être cultivé sans grandes restrictions, dans le respect de certaines règles de sécurité.
Informations plus détaillées sur l’entretien
Lignes câblées souterraines
Les stations aéro-souterraines, les câbles eux-mêmes et les puits de manchons font partie d’un tracé de lignes câblées souterraines. Actuellement, on estime la durée de vie d’une ligne câblée souterraine à environ 40 ans.
Il est à nouveau possible de cultiver et de revégétaliser le sol au-dessus de la batterie de tubes. Il faut toutefois éliminer les arbres de grande taille ou aux racines profondes sur le tracé, car ils peuvent endommager la ligne câblée souterraine.
Quel est l’impact des lignes câblées souterraines sur l’environnement du sol? – Le sol est un bien précieux
Perturbations
Lignes aériennes
Les lignes aériennes sont plus exposées que les lignes câblées souterraines aux influences de la nature, comme la foudre, l’accumulation de glace ou la chute d’arbres. Elles sont donc plus souvent touchées par des perturbations et des interruptions que les lignes câblées souterraines, bien à l’abri dans le sol. Toutefois, dans le cas des lignes aériennes, ces problèmes peuvent généralement être résolus en quelques minutes ou en quelques heures.
Lignes câblées souterraines
Dans le cas des lignes câblées souterraines, les perturbations sont rares. Leur élimination requiert par contre beaucoup plus de temps que pour les lignes aériennes, étant donné que, souvent, elles ont subi des dommages et doivent donc être remplacées. Cela peut durer plusieurs semaines ou plusieurs mois, car les câbles sont dimensionnés et fabriqués sur mesure pour chaque projet. Retirer le câble endommagé et tirer le nouveau câble sont des opérations très complexes étant donné le poids élevé des éléments.
Longues lignes câblées souterraines, grands défis
Swissgrid est ouverte à la technologie et élabore pour chaque projet des variantes de lignes aériennes et de câblage. Lorsqu’elle évalue leurs avantages et leurs inconvénients, elle ne tient toutefois pas seulement compte du tronçon de ligne concerné, mais du réseau dans son entièreté. Des phénomènes physiques et des défis opérationnels limitent l’utilisation de lignes câblées souterraines dans le réseau de transport. Swissgrid soutient les innovations technologiques et les projets pilotes pour le réseau de demain.
Maintien de la tension
Le centre de conduite du réseau de Swissgrid doit veiller 24 heures sur 24 à ce que la tension du réseau de transport évolue dans une certaine fourchette. À défaut, les installations électriques risquent d’être endommagées. Les lignes câblées souterraines augmentent davantage la tension que les lignes aériennes en raison de leurs caractéristiques physiques. Si le nombre de kilomètres de lignes câblées souterraines dans le réseau de transport augmente, les mesures habituelles pour maintenir la tension (ordonner aux centrales électriques d’augmenter ou de réduire leur production) ne suffisent plus. Dans ce cas, il faut par exemple recourir à des installations dites de compensation. Toutefois, ces dernières prennent beaucoup de place, sont coûteuses et génèrent du bruit. De plus, des composants techniques supplémentaires augmentent la complexité du réseau de transport et, de fait, le rendent plus vulnérable aux défauts.
Puissance réactive
La puissance réactive est un peu comme la mousse qui remplit le verre et laisse moins de place à la bière. En physique, on distingue la puissance réactive capacitive de la puissance réactive inductive. Celles-ci se compensent et, dans l’idéal, s’annulent complètement. Swissgrid essaie d’exploiter ses lignes au plus près de ce point dit de «puissance naturelle». Cela n’est pas possible avec les lignes câblées souterraines, car elles ont tendance à trop s’échauffer. Les longues lignes câblées souterraines réduisent donc soit la puissance réelle d’une ligne (puissance active), soit elles rendent nécessaires des installations pour compenser la puissance réactive. Et plus une ligne câblée souterraine est longue, plus ce défi est important.
Pertes électriques
Lorsque l’on transporte de l’électricité, il y a toujours une perte d’énergie électrique. Les pertes de puissance active dépendent de la puissance de transport. Elles sont plus élevées pour les lignes aériennes que pour les lignes câblées souterraines. Si l’on ajoute aux lignes câblées souterraines les pertes dues à la compensation de la puissance réactive, alors les pertes sont à peu près équivalentes pour les deux technologies de transport.
Les coûts
Selon la topographie, le terrain, les risques naturels potentiels et la technologie choisie, les coûts de construction d’une ligne à très haute tension peuvent fortement varier d’un cas à l’autre. Mais en règle générale, un kilomètre de ligne câblée souterraine est environ 2 à 10 fois plus cher qu’un kilomètre de ligne aérienne. Lorsqu’elle évalue la rentabilité, Swissgrid prend en compte les frais de construction, mais aussi les coûts du cycle de vie des différentes variantes de lignes.
Pour ce calcul, Swissgrid se base sur une durée de vie de 80 ans pour la ligne. Différents composants doivent toutefois être remplacés plus tôt. Pour les lignes enterrées, ce sont surtout les câbles souterrains eux-mêmes qui représentent un facteur de coût important: en raison de leur espérance de vie technique, les lignes câblées souterraines peuvent être exploitées seulement deux fois moins longtemps que les lignes aériennes et doivent être entièrement remplacées au bout d’environ 40 ans.
Coûts des lignes aériennes
Coûts d’une ligne câblée souterraine
Les bases de décision
Les grandes infrastructures prennent beaucoup de temps. Procédures d’autorisation de longue durée, oppositions fréquentes et décisions de justice: entre le lancement d’un projet et sa mise en service, il peut s’écouler en moyenne une quinzaine d’années.
Le Conseil fédéral prend la décision quant à la construction d’une ligne câblée souterraine ou d’une ligne aérienne dans le cadre de la procédure de plan sectoriel. Un groupe d’accompagnement mis en place par l’Office fédéral de l’énergie pour chaque projet joue un rôle important à cet égard. Voici comment celui-ci fonctionne:
Le groupe d’accompagnement est composé de représentant(e)s de plusieurs offices fédéraux (par exemple développement territorial, environnement, transports), de l’Inspection fédérale des installations à courant fort (ESTI), de la Commission fédérale de l’électricité (ElCom), de représentant(e)s des cantons concernés, d’une organisation de protection de l’environnement et de Swissgrid. Chaque partie a une voix. Le groupe émet des recommandations relatives à la définition de la zone de planification et du corridor de planification ainsi qu’à la technologie (ligne aérienne ou câblée souterraine) à l’attention du Conseil fédéral. Afin de trouver la meilleure solution possible, plusieurs offices fédéraux ont introduit il y a quelques années une méthodologie spéciale, le «modèle d’évaluation pour lignes de transport». Cette méthodologie permet de peser les points forts et les points faibles des différentes variantes de manière objective, complète et systématique. Ce modèle s’appuie sur les quatre piliers que sont le développement territorial, les aspects techniques, la préservation de l’environnement et la rentabilité.
Développement territorial
La variante choisie doit utiliser l’espace de la manière la plus économe possible et, si possible, toujours être regroupée avec d’autres infrastructures. Les zones d’habitation et les zones de détente de proximité doivent être préservées et les planifications, projets et concepts d’ordre supérieur doivent être pris en compte.
Aspects techniques
Les variantes doivent satisfaire aux exigences techniques minimales en ce qui concerne la résistance, la sensibilité aux perturbations ou la durée nécessaire aux réparations. En outre, les risques liés aux dangers naturels ou aux intempéries sont évalués. On calcule ainsi les pertes énergétiques et l’écobilan pour l’ensemble du cycle de vie des différentes variantes.
Environnement
Il existe des valeurs limites qu’il faut respecter en ce qui concerne la protection contre les effets du rayonnement électromagnétique et du bruit. En ce qui concerne la protection du paysage, la consigne est de «préserver au maximum». Les réserves naturelles d’importance nationale doivent uniquement être impactées s’il n’existe pas d’autres options. En outre, il faut tenir compte des biotopes, des réserves d’oiseaux migrateurs et des espaces aquatiques.
Rentabilité
Pour ce pilier, ce sont les coûts qui sont estimés. Ils comprennent d’une part les investissements et les investissements de remplacement pendant toute la durée d’utilisation et, d’autre part, les investissements concernant les mesures d’accompagnement. Les coûts étant répercutés sur la facture d’électricité des consommatrices et consommateurs, chaque projet de réseau doit être évalué par le régulateur dans une perspective économique.
Regroupement d’infrastructures: Airolo – Mettlen (ligne du Gothard)
Ces dernières années, Swissgrid a réalisé des lignes câblées souterraines d’une longueur totale de plus de 40 kilomètres sur le réseau de transport. Dans la mesure du possible et en fonction des objectifs, Swissgrid regroupe les lignes câblées souterraines avec d’autres projets d’infrastructure.
La construction du second tube du tunnel routier du Gothard d’ici 2029 offre à Swissgrid un ensemble d’opportunités. Combiner une ligne à très haute tension et un tunnel de route nationale revêt un caractère précurseur en Europe. Ce projet techniquement exigeant permet à Swissgrid d’acquérir une expérience précieuse et présente également l’avantage de soulager le paysage au niveau du Gothard grâce au démantèlement de 23 kilomètres de lignes aériennes et de 70 pylônes.
Postes de couplage et transformateurs
Les sous-stations font partie des éléments essentiels du réseau à très haute tension, car elles constituent les points névralgiques du réseau électrique. Les sous-stations se composent de transformateurs et de postes de couplage. Le réseau à très haute tension de Swissgrid comprend 125 sous-stations qui abritent 147 postes de couplage et 25 transformateurs. Si chaque sous-station possède un poste de couplage, toutes les sous-stations ne sont pas équipées de transformateur.
Eléments importants du réseau de transport
Les postes de couplage situés dans les sous-stations relient les lignes à très haute tension entre elles. Grâce à des manœuvres de couplage, les opératrices et opérateurs des centres de contrôle de Swissgrid situés à Aarau et Prilly peuvent couper ou raccorder des lignes. Cela permet de contrôler les flux d’énergie, d’éviter les surcharges et de mettre les lignes hors tension lors des travaux d’inspection. Les sous-stations sont également équipées de systèmes de protection. En cas d’interruption de l’alimentation (p. ex. en cas de foudre sur une ligne), ces dispositifs coupent de manière ciblée les blocs d’alimentation concernés.
1 Le transformateur
Le transformateur constitue le cœur du réseau. Les transformateurs augmentent ou réduisent la tension de l’énergie électrique ou du courant. En effet, plus la tension est élevée, moins les pertes sur les lignes électriques sont élevées. Le réseau à très haute tension a une tension élevée afin de transporter l’énergie sur de longues distances en limitant les pertes au maximum. Les 25 transformateurs de Swissgrid raccordent le réseau de 380 kV au réseau de 220 kV. La tension est réduite à 400 ou 230 volts en attendant que l’énergie produite par les centrales électriques puisse être utilisée par les consommatrices et consommateurs finaux.
2 Le jeu de barres
Un jeu de barres permet de raccorder les lignes à très haute tension qui se rejoignent dans une sous-station. Les cellules de couplage permettent de distribuer l’énergie des différentes lignes à très haute tension via les jeux de barres, ce qui permet de contrôler le flux de puissance dans le réseau.
4 Le disjoncteur
Les disjoncteurs permettent de brancher ou de couper certains éléments du réseau électrique. En d’autres termes, ils peuvent isoler des lignes ou des centrales électriques du réseau pour les mettre hors tension ou les raccorder au réseau. Les disjoncteurs et les sectionneurs sont commandés à partir des centres de conduite du réseau.
5 Le transformateur de mesure
Les transformateurs de mesure font partie des instruments de contrôle du poste de couplage. Ils mesurent la tension ainsi que l’intensité du courant. Les valeurs mesurées sont transmises aux équipements de protection et de contrôle-commande installés localement ainsi qu’aux centres de conduite du réseau de Swissgrid à Aarau et Prilly. Sur place, les experts de Swissgrid peuvent identifier, notamment à l’aide de ces valeurs, la situation de réseau en temps réel. Si nécessaire, ils peuvent prendre les mesures qui s’imposent.
8 Le sectionneur de terre
Le sectionneur de terre permet de mettre à la terre un des éléments de l’installation qui a été coupé et est donc hors tension. Il évite les risques dus à la charge sur les éléments mis hors tension. Associé aux sectionneurs de ligne, il permet de créer un environnement de travail sûr au sein du poste de couplage.
9 Le bâtiment d’exploitation / le générateur de secours
Le bâtiment d’exploitation abrite les techniques de protection, de commande et de communication. Il regroupe les valeurs de mesure de tout le poste de couplage, ce qui permet de commander et de contrôler très rapidement tous les éléments. Ces données sont également transmises aux centres de conduite de Swissgrid à Aarau et Prilly. Par ailleurs, le bâtiment d’exploitation dispose de son propre approvisionnement en électricité, incluant des batteries qui garantissent le bon fonctionnement du poste de couplage.
