Cent ans de haute tension électrique à Paris Sous les pavés, les câbles

Préface

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Connue depuis l’Antiquité, c’est à la fin du XIXe et au début du XXe que l’électricité connaît son essor dans les villes. Assurant une meilleure sécurité que le gaz, son utilisation dans l’éclairage public lui permet de gagner les rues de la Ville Lumière.

L’alimentation des réseaux de transports ferrés, des usines, puis l’introduction de l'électricité dans les foyers conduit à des usages tout aussi variés qu’essentiels à la vie et à l’économie de la ville.

Moteur de l’expansion économique de la capitale, la fée électricité se fait peu à peu indispensable.

Face à ces enjeux, des sociétés de production et de transport d’électricité se mettent en place et développent des solutions aux difficultés techniques rencontrées. La première d’entre elles est la nécessité de mettre en souterrain des liaisons électriques, difficilement réalisables par des lignes aériennes en milieu urbain. Dans un premier temps, l’installation de câbles souterrains est limitée à certaines villes du monde. La région parisienne est un des rares endroits où de telles réalisations sont effectuées. Face à des distances croissantes entre les lieux de production et de consommation, il est nécessaire d’utiliser plusieurs niveaux de tension.

Un premier réseau haute tension est d’abord créé autour de Paris, puis celui-ci pénètre progressivement dans la ville au fil de l’augmentation des besoins, afin d’acheminer de grandes quantités d’énergie au plus près des zones de consommation. Ces différents réseaux emploient des câbles électriques dont la technologie ne cessera d’évoluer et dont la mise en place concentre les efforts des ingénieurs et des techniciens. L’histoire de la construction de ce réseau explique les particularités du réseau actuel. Une large étendue de types de câbles, représentative de près de 90 ans d’évolutions technologiques, est en service sur le réseau actuel. De plus, la structure originale, par liaisons pénétrantes, et le mode de pose, par galeries souterraines, en font un réseau unique au monde.

Ce livre ne prétend pas être un document technique mais propose d’exposer brièvement l’histoire de ce réseau souterrain haute tension à Paris. Le lecteur aura ici l’opportunité de découvrir ou redécouvrir ce réseau si particulier à travers cinq grandes parties consacrées au développement du réseau parisien, à l’évolution technologique des câbles, aux techniques de réalisation, aux avaries rencontrées sur ce réseau et enfin à l’évolution de la maintenance.


Hervé Laffaye
Chief Operations Officer

6 sociétés distribuent l’électricité sous
4 formes

Chapitre 1 : Le développement du réseau d’alimentation parisien

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Du début de l’électrification, en 1889, jusqu’à la structure du réseau actuel, l’alimentation électrique de Paris passe, en 70 ans, de systèmes indépendants à un réseau interconnecté et relié aux moyens de production nationaux.

La structure actuelle du réseau de transport à Paris est le résultat d’une longue évolution entamée à la fin du XIXe siècle. Les tensions de 3 000 V puis de 12 300 V sont désignées comme « haute tension » à la fin du XIXe et au début du XXe siècle. Il faut attendre le début des années 1920 pour voir apparaître les premières liaisons souterraines de 63 000 V, avec la construction de liaisons dont la fonction n’est plus la distribution directe d’énergie au consommateur mais l’interconnexion entre les différents centres de production.

1889
1907
LES DÉBUTS
DE L'ÉLECTRIFICATION
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En 1889, alors que l’électricité est presque inexistante à Paris, la municipalité confie à six sociétés le soin de développer et exploiter le réseau de distribution d’électricité.

Chaque société a la charge de l’alimentation d’une zone appelée « secteur ». Elle laisse la liberté à chacun de décider des options techniques utilisées. En conséquence, l’électricité est distribuée sous quatre formes différentes en fonction des secteurs :

  • courant alternatif monophasé transporté en 3 000 V et abaissé à 110 V à l’entrée de chaque immeuble pour la «Société du Secteur des Champs-Élysées» et la «Société du Secteur de la Rive Gauche»,
  • courant continu 2 x 110 V par un système à trois fils pour le secteur de la « Compagnie Continentale Edison »,
  • courant produit en diphasé à 6 000 V et transformé en continu à 110 V, transmis par un système de deux fils, pour le secteur de la «Société d’Éclairage et de Force par l’Électricité»,
  • courant continu 4 x 110 V, par un système à cinq fils, pour le secteur de la « Société de la place de Clichy » et le secteur de la «Compagnie Parisienne de l’Air Comprimé».

Chaque société tire son énergie de petits groupes de production : une douzaine de petites usines se trouvent à Paris et quatre centrales (Levallois, Issy-les-Moulineaux, Saint-Denis et Saint-Ouen) sont construites en périphérie.

Les distances à parcourir entre les zones de production et de consommation sont courtes et ne nécessitent pas de transport d’énergie à des tensions supérieures à 6 000 V. En 1901, le courant diphasé à 12 300 V apparaît.

1907
1920
la CPDE
regroupe la production
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Après une phase de réunification appelée « Union des Secteurs », entre 1907 et 1913, au 1er janvier 1914, une société unique, la Compagnie Parisienne de Distribution d’Électricité (CPDE), voit le jour pour prendre la relève des six concessionnaires.

La production dans les petites usines cède la place à une production regroupée dans deux grandes centrales, mises en service en 1914, au nord à Saint-Ouen et au sud à Issy-les-Moulineaux. Le courant diphasé est produit à une tension de 12 300 V et une fréquence de 42 Hz.

Il est transporté jusqu’à une vingtaine de sous-stations ou centres de couplage situés dans la ville et qui permettent d’adapter le courant à chaque zone.

Le monopole est instauré mais l’unification technique n’est pas encore prévue. Paris est divisé en quatre zones :

  • courant alternatif diphasé cinq fils, nouvelle option
  • technique implantée dans le nord et l’est de la ville,
  • courant alternatif monophasé dans les anciens secteurs « Rive Gauche » et « Champs-Élysées »,
  • courant continu trois fils dans les anciens secteurs « Edison » et « Éclairage et Force »,
  • courant continu cinq fils dans les anciens secteurs « Clichy » et « Air Comprimé ».

L’uniformisation totale, jugée trop onéreuse au vu de son intérêt, n’est pas prévue. Cependant, un programme de modernisation du réseau est lancé entre 1921 et 1930, afin de rationaliser la fréquence et d’abandonner la distribution d’électricité en courant continu.

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Les fréquences de 25, 42, 50 ou 53 Hz coexistent à ce moment et la CPDE, à l’image d’autres villes européennes, opte pour la standardisation à 50 Hz, pour permettre l’interconnexion future avec d’autres réseaux. D’autre part, les avantages du courant alternatif - en termes de sécurité, de rendement et de portée du transport et de la distribution électrique - par rapport au courant continu, poussent les dirigeants à arrêter toute alimentation en courant continu.

Son remplacement par le réseau alternatif complémentaire dure plus de 30 ans et des alimentations en courant continu subsistent, à Paris, jusqu’au milieu des années 1960. À la veille de la guerre, la situation est complexe.

En fonction du quartier et de l’immeuble, les abonnés parisiens peuvent recevoir du courant 115 V alternatif ou continu, 230 V continu, 230 V alternatif monophasé ou diphasé ou 460 V continu. De plus, dans un même immeuble, jusqu’à trois types de réseaux différents peuvent coexister.

300 km
de liaisons
à 63 000 V
1920
1930
la « Ceinture d’Hercule »
porte le développement urbain
+

Parallèlement aux usines de la CPDE, en banlieue, de grandes usines productrices sont construites (Gennevilliers en 1922 et Ivry en 1924), d’autres sont rénovées et étendues (Saint-Denis, Vitry) pour desservir non pas la ville de Paris mais la proche banlieue industrielle en croissance, les départements limitrophes, ainsi que certains clients parisiens, tels que le Métropolitain ou les compagnies de tramways. Ces usines sont exploitées par les sociétés Union d’Électricité, Électricité de Paris et Électricité de la seine.

Ces sociétés lancent, au début des années 1920, un programme d’interconnexion entre les groupes de production de la région par des câbles souterrains à 60 000 V (ensuite standardisés à 63 000 V). Une première. Cette réalisation est justifiée par la nécessité de regrouper les capacités de production dans un nombre réduit de centrales électriques, pour relier des sources d’énergie peu nombreuses aux postes d’alimentation éloignés entre eux.

Ce réseau permet de faire le lien entre les différentes usines thermiques de la région parisienne, qui alimentent des réseaux indépendants. Il a aussi un rôle de récepteur de l’énergie produite dans des centrales hydro-électriques lointaines. Surnommé la « Ceinture d’Hercule », il s’agit du premier réseau souterrain à haute tension en France. Après quelques années de fonctionnement, il est qualifié de « succès incontestable » par les dirigeants de la CPDE.


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Débutée en 1922, cette interconnexion compte dès la première année 76 km de liaisons, 209 km en 1925 et 300 km lors de son achèvement, en 1930. Elle constitue une boucle à 63 000 V autour de Paris et relie entre elles toutes les usines de production de la région : Alfortville, Asnières, Billancourt, Gennevilliers, Issy-les-Moulineaux, Nanterre, Puteaux, Romainville, Vitry puis Saint-Denis et Ivry en 1931. Grâce à ce réseau, les centrales peuvent se secourir entre elles en cas d’incident mais, en temps normal, seules les centrales les plus puissantes sont utilisées (Gennevilliers, Vitry, Ivry et Saint-Denis). Les autres unités de production sont progressivement mises hors service (Alfortville et Asnières en 1927, Puteaux en 1932). Cette ceinture est, à cette époque, le plus important réseau de cette tension dans le monde entier.

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De cette boucle, des lignes aériennes partent vers la province dans toutes les directions (Meaux, Creil, Mantes et Corbeil). En 1926, une ligne aérienne de 90 000 V, en provenance d’Éguzon dans le Massif Central, verse l’excédent de production sur le réseau 63 000 V via le poste de Chevilly.

De nouvelles centrales thermiques et hydrauliques sont construites en France et l’électricité produite est acheminée jusqu’à ce réseau d’alimentation de la région parisienne.

Ces connexions représentent le point de départ d’un vaste réseau d’interconnexion national français, débuté en 1930, faisant le lien entre la production thermique à base de charbon au nord et la production d’origine hydraulique au sud, principalement dans le Massif Central, les Alpes, les Pyrénées ou à l’est sur le Rhin. Ce réseau marque le passage de l’autosuffisance de la production de la région parisienne par rapport à sa consommation à une dépendance envers la production d’énergie électrique en provenance du territoire national.

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1930
la haute tension entre dans Paris
+

Jusqu’en 1930, l’alimentation de Paris est uniquement assurée par les usines de la CPDE, qui ne sont pas connectées aux autres usines de la région par la boucle à 63 000 V. Les usines nord et sud-ouest de la compagnie atteignent leurs limites de production. Pour éviter la construction d’une troisième usine et assurer une meilleure qualité d’approvisionnement, mais aussi pour profiter de la fourniture d’électricité d’origine hydraulique, la CPDE décide, en 1930, de confier la distribution d’électricité destinée à la ville de Paris aux sociétés Électricité de Paris, Électricité de la Seine et Union d’Électricité. Les usines de la CPDE sont ainsi raccordées au vaste réseau d’interconnexion.

Deux postes de transformation 63 000 V / 12,3 000 V, disposés sur cette boucle à proximité des usines d’Issy-les-Moulineaux et Saint-Ouen, participent à l’alimentation de Paris par les échanges avec le réseau diphasé parisien de la CPDE. Deux liaisons 63 000 V, provenant de Charenton et Villejuif, pénètrent directement à l’intérieur de Paris jusqu’aux postes de Nation et Tolbiac, construits en 1929 et 1930.

Ces liaisons marquent le début de l’implantation de niveaux de tension, qualifiés aujourd’hui de haute tension, dans Paris intra-muros.

1930
1939
inter-Paris réalise la première
liaison souterraine 225 000 V
+

À partir de 1930, la production hydro-électrique connaît un essor sans précédent. En s’appuyant sur le réseau 63 000 V de la région parisienne, achevé en 1930, les interconnexions nationales se répandent afin d’acheminer cette énergie jusqu’à Paris, qui représente la région la plus consommatrice d’électricité en France. Mais les puissances transportées deviennent très importantes et la boucle 63 000 V n’est plus suffisante.

En 1933, les sociétés productrices d’électricité dans la région parisienne (Union d’Électricité, Société d’Électricité de la Seine et Société d’Électricité de Paris) constituent la « Société d’Interconnexions électriques », plus simplement nommée « Inter-Paris ». Elle a pour but de concevoir un deuxième réseau à grande capacité de transmission d’énergie, chargé de satisfaire au développement de la consommation et de recevoir l’adduction dans la région parisienne de quantités de plus en plus considérables d’énergie. Parallèlement, d’autres centrales de grande puissance sont mises en service à Vitry (usine Arrighi) en 1931 et à Saint-Denis (nommée Saint-Denis 2) en 1933.

Le choix de la tension de ce nouveau réseau est une question essentielle. En 1932, la tension de 225 000 V est employée pour la première fois en France au poste de Chevilly, d’où part une ligne aérienne reliant le poste au barrage d’Éguzon. L’adoption de ce niveau de tension permet de répondre aux nouveaux besoins de capacité de transport et de raccorder le nouveau réseau directement aux grandes lignes nationales de transport.

La solution la plus simple aurait consisté à réaliser ce réseau entièrement par lignes aériennes, comme cela existait dans d’autres grandes villes d’Europe. Par exemple, Berlin est, dans les années 1930, encerclé par deux lignes aériennes 110 000 V, implantées en milieu urbain dans un emplacement équivalent aux anciennes fortifications de Paris. Mais la réalisation de lignes aériennes 225 000 V dans la région parisienne est difficile et ne peut être effectuée qu’en dehors de l’agglomération et loin des terrains d’aviation, ce qui implique une longueur de circuit très importante. « Inter-Paris » opte donc pour un réseau mixte, constitué en partie de lignes aériennes et de câbles souterrains, qui permet, d’une part, un raccourcissement sensible du tracé et, d’autre part, le raccordement des usines thermiques existantes.

Cependant, un problème de taille se pose. Il n’existe, à cette époque, aucun précédent quant à l’exploitation des câbles souterrains à un niveau de tension aussi élevé. La réussite du programme général d’Inter-Paris dépend donc de la résolution d’un problème purement technique : la réalisation de câbles souterrains à 225 000 V.

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En 1930, Paris est alimenté par quatre sources de courant à 63 000 V au sud-ouest à Issy-les-Moulineaux, au nord par Saint-Ouen, à l’est par le poste de Nation et au sud-est par le poste de Tolbiac. Sur ces postes, l’énergie est convertie en 12 300 V, à destination d’une vingtaine de sous-stations dans Paris. Celles-ci répartissent et transforment le courant soit en 3 000 V alternatif, soit en courant continu, selon les zones.

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« Inter-Paris » se lance dans un projet inédit et fait appel au concours de plusieurs câbleries françaises. Après de nombreux essais et études, elle met en service en 1936 la liaison souterraine Saint-Denis – Clichy-sous-Bois de 18 km.
Une première mondiale.

Ces liaisons souterraines s’intègrent au réseau 225 000 V, constitué en majorité de lignes aériennes, et permet l’interconnexion de trois postes : Saint-Denis au nord, Villevaudé à l’est et Chevilly au sud. La réalisation par câbles souterrains d’un réseau à 63 000 V, à partir de 1922, puis à 225 000 V, à partir de 1936, représente à chaque fois une première mondiale et un exploit technique à la hauteur de l’enjeu que constitue l’électrification de la Ville Lumière. Le retour d’expérience confirme le succès technique de ces réalisations.

La réalisation par câbles souterrains d’un réseau à 63 000 V, à partir de 1922, puis à 225 000 V, à partir de 1936, représente à chaque fois une première mondiale et un exploit technique à la hauteur de l’enjeu que constitue l’électrification de la Ville Lumière. Le retour d’expérience confirme le succès technique de ces réalisations.

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1946
1960
Croissance de la demande
et nationalisation de l’énergie
+

En 1946, le secteur de l’énergie est nationalisé et la CPDE laisse sa place à la CDPE (Centre de Distribution de Paris Électricité). Celui-ci continue la mission d’électrification de la capitale.

En 1957, d’autres postes d’alimentation 63 000 V sont créés à Paris, pour répondre à la croissance de la demande : Turgot dans le XVIIIe et Eylau dans le XVIe, alimentés respectivement par Ampère à Saint-Denis et Fallou à Gennevilliers. L’énergie est toujours puisée dans le réseau d’interconnexion à 63 000 V entourant Paris, lui-même alimenté par le réseau 225 000 V. Ces postes, à l’image de ceux de Tolbiac, Nation et Issy-les-Moulineaux, réalisent la transformation 63 000 V / 12 500 V et sont reliés aux sous-stations parisiennes.

200 km
de liaisons
relient
aujourd’hui la
périphérie
aux postes
situés intra-muros
1960
Une boucle haute tension autour de Paris
+

Au début des années 1960, le réseau se fait vieillissant, la qualité de service est à améliorer et certaines sous-stations atteignent leur puissance maximale. Des études sont réalisées par le service de distribution, en collaboration avec le service de transport, pour décider de la nouvelle structure du réseau parisien. L’objectif est de pouvoir faire face à la disparition complète d’un poste, en cas d’avarie, mais aussi à une panne double. Il est décidé de transporter l’énergie à l’intérieur de Paris par des liaisons souterraines à 225 000 V.

Ces liaisons ont comme point de départ des postes 225 000 V construits en proche périphérie et pénètrent en radiales à l’intérieur de Paris, à l’image des rayons d’une roue. Deux à trois postes successifs, situés sur chacune de ces radiales, abaissent la tension à 20 000 V pour distribuer l’énergie dans les quartiers à proximité. Les postes situés en périphérie (appelés « postes B ») sont interconnectés par une boucle 225 000 V, afin de prévenir une coupure générale d’électricité.

Ce type de connexion 225 000 V entre les postes de transformation n’existe pas à l’intérieur de Paris entre les postes disposés sur des radiales différentes. Le secours est effectué par des câbles 20 000 V. Cette configuration du réseau de transport est unique au monde pour une grande ville.

Le réseau de distribution est aussi largement remanié. Le courant diphasé 12 300 V laisse sa place au courant triphasé 20 000 V. La tension de 20 000 V est adoptée pour réaliser trois artères disposées en couronnes concentriques et allant de poste en poste.

De plus, le choix est fait d’adopter une distribution triphasée, maillée dans un premier temps, puis radiale à partir des années 1980, pour remplacer toutes les autres formes de distribution (monophasée et diphasée).

Parallèlement à cette structure du réseau dans Paris, une boucle aérienne d’interconnexion de 400 000 V est construite autour de Paris à partir de 1960 et s’achève en 1972. Cette boucle participe aux grands échanges entre les régions françaises et permet aussi l’alimentation de la région parisienne par l’intermédiaire de dix postes 400 000 V / 225 000 V.

La production, assurée initialement dans les années 1920 par les centrales proches de la capitale, est d’abord complétée par l’apport massif d’énergie hydraulique et thermique.

À partir du milieu des années 1970, les centrales d’Île-de-France laissent leur place aux importantes unités de production plus lointaines, telles que les centrales nucléaires dont l’énergie est transportée dans toute la France par le réseau 400 000 V. Les centrales de la région parisienne sont sollicitées uniquement pour faire l’appoint de production lors de pics de consommation. Aujourd’hui, la région Île-de-France produit à peine 10 % de sa consommation.

L’augmentation des distances entre les zones de production et de consommation et l’exceptionnelle augmentation de la consommation d’électricité au lendemain de la Seconde Guerre mondiale, dont la valeur double tous les dix ans jusqu’aux années 1990, expliquent le recours aux niveaux de tension 400 000 V et 225 000 V. Une seconde boucle à 225 000 V, commencée par « Inter-Paris » dans les années 1930, est terminée à l’ouest par liaisons aériennes en 1960. Cette ligne est doublée en 1964.

À partir de 1960, en une quinzaine d’années, la tension de 225 000 V se substitue en grande partie à la tension de 63 000 V. Les liaisons à 63 000 V sont néanmoins utilisées pour alimenter des clients tels que la RATP et la SNCF à Paris.

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1960
2011
Le déploiement
du réseau haute tension
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Entre 1960 et 1969, les postes de Coriolis (XIIe), Batignolles (XVIIe), Buttes-Chaumont (XIXe) et Castagnary (XVe) sont créés. Les postes 63 000 V existants de Turgot, Nation et Tolbiac accueillent aussi des câbles
225 000 V. Ces postes, appelés postes « sources » ou postes C, sont équipés de transformateurs 225 000 V / 20 000 V. La structure 225 000 V, conçue dans les années 1960, continue son déploiement dans les décennies suivantes.

En 1975, elle compte 14 postes C, 25 en 1980, 29 en 1990, 36 en 2000. En 2003, le 38e, et dernier poste source 225 000 V mis en service à ce jour, est celui de La Muette, dans le XVIe arrondissement.

Aujourd’hui, l’alimentation de Paris représente près de 200 km de liaisons 225 000 V entre les postes situés en proche périphérie (postes B) et les postes dans Paris (postes C). Parallèlement aux travaux de rénovation sur le réseau ancien, des liaisons de renforcement sont régulièrement réalisées sur les radiales, afin de répondre à l’augmentation de la consommation et aux exigences de qualité de service.

Chapitre 2 : un siècle d'évolution technologique

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Du câble isolé au fil de jute imprégné d’huile aux câbles à isolant synthétique d’aujourd’hui, en passant par le papier imprégné, les câbles à huile et à gaz, l’évolution des technologies de câble a permis d’augmenter la puissance transportée et la fiabilité des liaisons.

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Les prémices du câble haute tension

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Le câble électrique actuel, un objet d’apparence simple, est en fait l’aboutissement de près de deux siècles de recherches, jalonnés de découvertes scientifiques. Celles-ci ont permis de franchir à chaque fois de nouveaux paliers, améliorant ainsi la fiabilité et la performance du transport d’électricité.

Le câble télégraphique

+

Dans un premier temps, l’utilisation des câbles isolés était exclusivement réservée aux transmissions télégraphiques. Dès 1820, il s’agissait de fils isolés à la soie naturelle puis, à partir de 1840, de fils isolés par un nouveau matériau à base de gomme extraite de certains arbres tropicaux : la gutta-percha, produit utilisé notamment pour constituer des câbles sous-marins télégraphiques jusqu’en 1902 et le Transpacifique. Cependant, ses caractéristiques n’étaient pas suffisantes pour réaliser les premiers câbles électriques.

Les premières liaisons souterraines électriques

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Bientôt, le développement rapide de l’éclairage et de l’industrie électrique oblige les fabricants à concevoir de nouveaux systèmes. Les premières liaisons consistent à poser des fils électriques sur des isolateurs en bois ou en porcelaine, placés dans des caniveaux souterrains remplis de bitume. Par la suite, des isolants tels que le jute asphalté, placés dans un tube de protection, sont utilisés.

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La presse à plomb de Borel

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Alors que les premières liaisons souterraines de transmission d’énergie électrique sont des systèmes primaires peu performants, ne permettant pas d’excéder quelques dizaines de volts, l’invention de la presse à plomb par l’ingénieur suisse Borel, en 1879, marque un tournant dans l’histoire des câbles souterrains. Cette technique permet de mouler une gaine de plomb directement sur les conducteurs isolés aux fibres de jute et supprime en partie les problèmes d’absorption d’humidité en rendant le câble étanche. Peu après, en imprégnant l’isolant en jute d’un mélange d’huile et de résine, des câbles monopolaires concentriques à 3 000 V sont posés à Paris, en 1890.

L’apparition du papier imprégné

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Une autre étape décisive vers les premiers câbles de transport d’énergie électrique est franchie lors de l’apparition, en 1890, du papier imprégné. Pour la première fois, Ferranti met en place un câble à 10 000 V en enroulant des bandes de papier autour de conducteurs en cuivre disposés dans un tube en acier rempli de bitume. En 1893, aux États-Unis, des bandes étroites de papiers sont enroulées en hélice autour du conducteur et mises sous gaine de plomb. Le procédé d’imprégnation permet d’exploiter au mieux les propriétés connues d’isolation du papier, tout en supprimant les problèmes liés à l’absorption de l’humidité.

50 ans d’évolution du câble

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Ici commence le développement des canalisations électriques souterraines dans les grandes agglomérations, où les lignes aériennes sont trop encombrantes et/ou irréalisables. Pendant 50 ans, les câbles isolés au papier imprégné s’imposent comme la meilleure solution pour ces canalisations et le perfectionnement des procédés d’imprégnation conduit à l’accroissement des tensions. Les sociétés de l’industrie électrique parviennent à transformer l’énergie électrique en des tensions de plus en plus élevées, ce qui conduit les ingénieurs à concevoir des câbles de plus en plus performants. Alors que les distances à parcourir entre les zones de production et de consommation augmentent, les lois de l’électricité rendent plus intéressant de transporter l’énergie électrique sous haute tension afin de réduire les pertes. Des transformateurs sont ainsi conçus afin de convertir l’énergie produite par les machines et la performance des câbles souterrains a dû s’adapter à ce besoin.

L’accroissement des tensions

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En 1910, la tension de fonctionnement des câbles atteint 15 000 V puis
30 000 V, à la veille de la Première Guerre mondiale. Dès la fin de celle-ci, la tension atteindra en France 63 000 V. C’est le début du transport d’électricité en France.

Les câbles à haute tension

+

Dès 1921, les premiers câbles « haute tension », c’est-à-dire d’une tension d’exploitation supérieure à 63 000 V, sont posés en France et dans la région parisienne. Au moment de la création de l’interconnexion entre les différentes centrales électriques de la région parisienne, la société Union d’Électricité décide de créer un réseau souterrain ceinturant Paris, en adoptant la tension la plus élevée de l’époque.

1921
Pose des premiers câbles haute tension dans la région parisienne

Les câbles au papier

+

Ces liaisons sont composées de trois câbles unipolaires, isolés au papier imprégné d’une matière visqueuse composée d’un mélange d’huile et de résine, et entourés par une enveloppe en plomb. Ce choix de trois câbles unipolaires et non de câbles à trois conducteurs est décidé après de longs essais en laboratoire. Cette technologie de câble, à champ radial, présentait l’avantage d’améliorer la tenue diélectrique du câble et ainsi la capacité de transport.

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Ces câbles sont constitués d’une âme en cuivre de 150 mm², d’une épaisseur de papier imprégné de 14 mm, d’un papier métallisé et d’une gaine de plomb de 2,5 mm d’épaisseur, pour une capacité de 30 MVA. L’ensemble est protégé mécaniquement par un matelas de jute goudronné. Près de 400 km de ce type de câble sont posés dans la région parisienne.

Après la construction de la centrale d’Arrighi, à Vitry- sur- Seine, en 1931, le même type de câble est utilisé mais avec une section de 250 mm². Cette section autorise désormais une puissance transportée de 45 MVA.

Aujourd’hui, certains tronçons de câbles de cette technologie, posés dans les années 1920, sont toujours en exploitation. C’est le cas, par exemple, pour certains tronçons de la liaison entre les postes de Fallou à Gennevilliers et de Courbevoie : posés en 1925, ils atteignent 86 années de service.

Perfectionnement des câbles au papier imprégné

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Pour répondre à la croissance de la consommation et de la production des puissances électriques, les câbles au papier imprégné sont perfectionnés. Pour la matière d’imprégnation, des mélanges minéraux remplacent les matières végétales. Des papiers plus minces et de meilleure qualité sont employés et des papiers semi-conducteurs sont placés sur l’âme en cuivre. Ces dernières améliorations permettent de réduire l’épaisseur de l’isolant qui passe de 14 à 12 mm, dans un souci de légèreté et de coût. Les progrès se poursuivent constamment jusqu’en 1960, en réalisant l’imprégnation par des matières chargées de cire, moins fluides et chimiquement plus stables.

La nécessité d’une nouvelle technologie

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Cependant, ce type de technologie pose des problèmes. Les cycles de fonctionnement du câble entraînent des variations de température et des déplacements d’huile par dilatation et compression de l’huile d’imprégnation. Par ces mouvements, le plomb de la gaine, ayant un coefficient de dilatation environ 1 000 fois plus faible que l’huile, est déformé de manière irréversible. ces déformations entraînent la création dans l’isolant de zones vides, de vacuoles, remplies d’air. cet air, ionisé par le champ électrique, est ensuite à l’origine de décharges partielles puis du claquage du câble. Pour éviter cela, il faut une couche d’isolant suffisamment épaisse qui, combinée au besoin de tension d’exploitation plus élevée, détermine une épaisseur trop importante pour être réalisable. Cette technologie présente ici ses limites et la mise au point d’une nouvelle solution technique devient nécessaire.

Le câble triplomb

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En 1927, un nouveau type de câble est posé sur le réseau 63 000 V de la région parisienne. Il s’agit de câbles triphasés à champ radial de type triplomb. Dans ce câble, trois conducteurs sont chacun entourés d’une couche d’isolant en papier imprégné, d’un écran en rubans de papier métallisés puis d’une gaine en plomb. Ces trois éléments sont ensuite entourés d’un ruban textile métallisé et contenus dans une gaine en plomb. Les écrans permettant de répartir de manière radiale le champ électrique sont reliés à la gaine en plomb contenant les trois conducteurs. Seuls deux câbles de ce type ont été posés en région parisienne, sur une double liaison entre Romainville et Vincennes. Ils ont été mis hors exploitation en 1967, après 40 années de service. Une nouvelle technologie plus performante, permettant d’atteindre des tensions plus élevées, fait alors son apparition.


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Emmanuelli et le câble à huile fluide

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En 1917, l’ingénieur italien Emmanuelli, de la société Pirelli, dépose un brevet décrivant les principes d’un câble novateur appelé par la suite « câble à huile fluide » ou « câble à système Pirelli » ou encore « câble OF » pour « Oil-Filled ».

Il s’agit d’un câble à conducteur creux, dans lequel l’huile maintenue sous pression (un à trois bars) peut circuler à l’intérieur d’un canal. Des réservoirs extérieurs, appelés « poumons », sont placés le long de la liaison. Ils maintiennent une pression constante à l’intérieur du câble, tout en permettant les mouvements de dilatation et de compression de l’huile au fil des cycles de fonctionnement.

Ainsi, en cas d’échauffement, la dilatation de l’huile à l’intérieur du câble est compensée par l’augmentation du niveau d’huile dans les « poumons » et, de la même façon, en cas de compression de l’huile par refroidissement, l’huile du réservoir se retrouve à l’intérieur du câble.

Les matières visqueuses d’imprégnation des câbles des précédentes générations sont ici remplacées par une huile fluide de viscosité plus faible. Grâce à ce dispositif, l’huile sous pression imprègne l’ensemble du milieu contenu à l’intérieur de la gaine de plomb. Le papier enroulé autour du conducteur est donc en permanence imprégné par l’huile. La qualité d’imprégnation acquise lors de la fabrication est préservée au cours de l’exploitation et la formation d’espaces vides, à l’origine de décharges partielles, est ainsi évitée. Afin de contenir la pression interne, la gaine de plomb est enveloppée dans une frette en laiton, protégée elle-même contre la corrosion par une deuxième gaine de plomb.

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Les câbles à huile fluide à Paris

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En 1930, les sociétés câblières françaises commencent à produire des câbles selon ce procédé pour des tensions de 63 000 V. Ainsi, pour la première fois en France, en 1933, les deux liaisons Chevilly - Villejuif et Arrighi-Vitry-Nord sont réalisées en câbles à huile fluide avec une âme en cuivre d’une section de 350 mm², une épaisseur d’isolant de 9 mm et une capacité de transport de 65 MVA. Ces liaisons ont été retirées de l’exploitation en 2004 et 2005. Une durée de vie de plus de 70 ans, au-delà des espérances de l’époque, même si la fiabilité de cette technologie n’était alors plus contestée.

Vie du
premier
câble souterrain :
de 1936…
à 2000 !

Le premier câble 225 000 V au monde

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Après les résultats convaincants des câbles à huile fluide 63 000 V en termes de performance et de fiabilité, il est rapidement envisagé de dépasser les niveaux de tension existants pour les câbles souterrains. Un câble 132 000 V est expérimenté en 1926, aux États-Unis, puis des essais sont effectués entre 1932 et 1934 pour tenter de réaliser un câble souterrain capable de fonctionner sous une tension d’exploitation de 225 000 V.

Ces essais s’avèrent concluants. En 1936, la Société Inter- Paris, en charge de la réalisation d’un réseau à haute tension autour de Paris, met en service la première liaison 225 000 V par câble souterrain. Il s’agit de la connexion entre les postes de Saint-Denis et Clichy-sous-Bois, distants de 18 km. La réalisation de cette liaison est alors confiée à quatre constructeurs français, avec la collaboration d’Emmanuelli. C’est un réel exploit et un succès incontestable puisque ce câble a fonctionné jusqu’en l’an 2000 sans avoir connu d’avarie. Ce câble monopolaire à huile fluide est constitué d’une âme conductrice en cuivre de section 350 mm², d’un canal central de 13 mm de diamètre, d’une épaisseur de couches de papier imprégné de 24 mm, d’une première gaine de plomb de 3,2 mm d’épaisseur, d’une frette en laiton de 0,8 mm, puis d’une deuxième gaine de plomb de 2,5 mm. L’ensemble a un diamètre extérieur total de 97 mm, pour un poids de 27,3 kg par mètre. La capacité de transport atteint 160 MVA.

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Le développement du câble à huile fluide

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À partir des années 1930, le câble à huile fluide fait l’objet d’études en vue de son perfectionnement. Les objectifs principaux attendus sont l’allègement du câble, la réduction de son prix et la diminution des pertes. Il en résulte l’élévation de la pression de fonctionnement, l’introduction des papiers minces près des conducteurs pour augmenter la rigidité diélectrique au choc et la mise en place de l’imprégnation continue autorisant la fabrication de plus grandes longueurs. La deuxième gaine de plomb, très lourde, destinée uniquement à la protection mécanique du câble et responsable d’une grande partie des pertes, est supprimée. Parallèlement, on remplace la frette en laiton par une frette en acier inoxydable amagnétique. Sur les câbles 63 000 V, les sections des conducteurs sont passées à 780 mm² pour une capacité de 100 MVA puis à 1 000 mm² pour 140 MVA. Dès 1948, l’épaisseur de l’isolant des câbles 225 000 V à huile fluide est réduite de 24 à 21 mm puis à 18 mm, à titre expérimental.

Après la Seconde Guerre mondiale et jusqu’aux années 1970, ce type de câble OF est largement utilisé dans la région parisienne : près de 40 liaisons entre deux postes et 30 liaisons à l’intérieur de postes, de toutes tensions
(63 000 V, 90 000 V et 225 000 V).

À titre d’exemple, la première liaison mise en service après-guerre, en 1947, Charenton-Villejuif, d’une longueur de près de 6 km, comporte un câble 63 000 V d’une section d’âme de 475 mm².

Il s’agit de la première liaison mise en service à l’après-guerre.

Autre exemple : la liaison Beaubourg-Temple, à 225 000 V, d’une longueur de 2,2 km, située à l’intérieur de Paris, d’une section d’âme de 628 mm², est mise en service en 1974. Cette liaison est, quant à elle, l’une des dernières construites avec cette technologie.

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Exceptées de rares liaisons réalisées en câbles « triplomb », les câbles monopolaires au papier imprégné sans pression et à huile Ơuide s’imposeront comme les deux seules techniques mises en place dans le réseau souterrain haute tension de Paris jusqu’en 1954. En 1949, trois ans après la nationalisation du secteur électrique, un vaste programme d’essais est mis en place à la station de Fontenay, afin de comparer l’ensemble des techniques existantes, nouvelles ou non, et de décider, avec tous les éléments d’appréciation à disposition, quelles seront les technologies adoptées sur le futur réseau français.

Fondés sur les principes énoncés par Emmanuelli, différents types de câbles sous pression font leur apparition au lendemain de la guerre. La pression de gaz ou d’huile présente l’avantage d’éliminer les problèmes de décharges partielles dans l’isolant. Les ingénieurs exploitent donc ces propriétés et mettent en place de nouvelles technologies dont les performances sont testées avant de décider de leur implantation.

Ainsi, après une longue période d’essais, en 1954, de nouveaux types de câbles sont posés sur le réseau français, dans la région parisienne.

Le câble tripolaire à pression externe de gaz

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Le câble tripolaire à pression externe de gaz neutre appartient à cette nouvelle génération de câbles 63 000 V, développée après 1950. Il a été posé pour la première fois en 1954 sur la liaison entre Saint-Denis et La Courneuve. Les trois conducteurs isolés au papier imprégné y sont placés sous une gaine de plomb fretté. Un espace aménagé entre la gaine et l’isolant permet au gaz azote, sous une pression de 15 bars, de se diffuser. Les âmes conductrices ont une section de 360 mm² et permettent de transiter une puissance de 65 MVA. Cependant, cette technologie n’a été que très peu utilisée et seulement entre 1954 et 1964. À ce moment, elle laisse sa place aux nouvelles générations de câbles à isolation synthétique.

Le câble à pression externe de gaz

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Le câble à pression externe de gaz est constitué de trois conducteurs tirés dans un tube en acier et rempli d’azote sous pression (15 bars). Les conducteurs sont isolés au papier imprégné sans gaine de plomb. Ovalisés, ils peuvent se déformer sous la pression du gaz, dont ils sont séparés par une membrane en PVC. Dès 1955, cette technique est utilisée en 63 000 V sur la liaison entre la centrale d’Arrighi et le poste de Chevilly .

Avec une section d’âme de 360 mm2, la puissance maximale transportée est de 130 MVA. En 1954, quatre liaisons de 225 000 V sont réalisées avec cette technologie entre Romainville et Rosny. Mais au cours des années 1960, cette technique est abandonnée pour la construction de nouvelles liaisons, quel que soit le niveau de tension. En effet, des résultats menés à la station de Fontenay amènent à préférer une nouvelle technologie : les câbles à pression externe d’huile. Entre 1978 et 1980, des câbles de ce type sont installés en conservant les tubes d’acier d’origine.

1938
invention du polyéthylène en Angleterre

Le câble à pression externe d’huile

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Importé des États-Unis, le câble à pression externe d’huile, ou « oléostatique », consiste à placer les trois conducteurs, isolés au papier imprégné et dépourvus de gaine d’étanchéité, dans un tube en acier rempli d’huile sous pression (15 bars). Autour de chaque phase, une feuille métallisée constitue une surface équipotentielle, des rubans de protection assurent le retour des courants de défaut et des fils de glissement en cuivre ou en bronze permettent de faciliter le tirage des câbles dans le tube.

Les tubes sont raccordés par soudure et protégés par un revêtement en goudron mélangé à des matières fibreuses. Des pompes reliées à des réservoirs disposés à une extrémité de la liaison assurent la mise sous pression de l’ensemble.

Entre 1957 et 1970, cette technologie dédiée au 225 000 V a connu un essor important lors du développement du réseau de Paris intra-muros. La première liaison, mise en service en 1957, est celle qui relie le poste Harcourt au poste de Clamart. Jusqu’alors, les sections de câbles sont très diverses et les câbles oléostatiques sont les premiers à voir leurs sections normalisées.

Les conducteurs en cuivre ont une section de 375 mm² ou, plus souvent, 805 mm². La puissance transmissible peut ainsi atteindre respectivement 200 ou 300 MVA. Au total, en un peu plus de deux décennies, 41 liaisons ont été posées dans Paris intra-muros et à proximité.

L’isolant synthétique : un tournant majeur

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En 1938, le polyéthylène, nouvelle matière thermoplastique, est mis au point en Angleterre. Il est décrit comme un élément présentant des propriétés exceptionnelles, tant mécaniques qu'en matière de tenue électrique.

Ainsi, son application aux câbles électriques est rapide et l’accroissement des tensions par utilisation de câbles à isolation synthétique est lancé. Comparée aux câbles à huile ou à gaz, cette isolation facilite la mise en œuvre, simplifie les opérations de maintenance et de réparation.

Elle supprime la pollution par l’huile et réduit les risques d’incendie ainsi que les coûts.

L’évolution des technologies de câble est fortement corrélée à l’évolution des technologies de l’isolant. Bien qu’aujourd’hui les câbles d’énergie installés en France soient constitués d’un isolant synthétique, l’isolation au papier imprégné a été la solution permettant de répondre correctement aux fortes contraintes technologiques imposées par la haute tension, et ce pendant près de 50 ans.

La mise au point d’un nouvel isolant

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Avant d’être en mesure de fabriquer des câbles à haute tension avec une isolation au polyéthylène, il a fallu que les ingénieurs se penchent sur les nombreux problèmes techniques posés par ce nouveau matériau. Sensible à l’oxydation, à la diffusion en son sein de nouveaux matériaux et au phénomène de fissuration sous contrainte, il présente un coefficient de dilatation élevé et une température de cristallisation assez basse (105 à 115 °C).

Cependant, après une période de recherches approfondies, dans les années 1950, sur les méthodes de sélection, de purification, d’extrusion et de refroidissement, le défi est relevé par les constructeurs. Ils mettent au point le polyéthylène à basse densité (PEBD) qui, encore perfectionné, est habilité à être utilisé pour l’isolation des câbles installés sur le réseau électrique français dans les années 1960.

Consciente d’être à un tournant en matière de technologie de câble, EDF mène une démarche volontariste pour développer la réalisation de liaisons par câbles à isolation synthétique. Alors que l’Allemagne ou la Grande-Bretagne favorisent les câbles à gaz, la France se placera à l’avant-garde du câble « sec ».

Les câbles au polyéthylène à basse densité

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En France, les premiers câbles à isolation synthétique au polyéthylène à basse densité (PEBD) sont posés à partir des années 1960. En région parisienne, c’est en janvier 1963 que le premier câble PEBD est mis en service. Deux longueurs de 100 m d’un câble à âme en cuivre de section 340 mm² sont installées au poste de Romainville. En 1969, fort de l’expérience en 63 000 V, une première liaison 225 000 V par câble PEBD est installée sur un transformateur du poste de Chevilly. Ce câble, d’une puissance de 200 MVA, est constitué d’une âme en cuivre de 360 mm² et d’une épaisseur d’isolant de 24 mm. Cette technologie est utilisée, parallèlement à la technologie oléostatique décrite précédemment, pour la construction du nouveau réseau parisien d’alimentation par câbles 225 000 V dans Paris intra-muros.

Par exemple, dans le IXe arrondissement, la liaison 225 000 V Folies-Turgot est mise en service en 1972 : le câble à isolant PEBD contient une âme en cuivre d’une section de 375 mm² et un écran en plomb.

Les câbles au polyéthylène à haute densité

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Plus difficile à mettre en œuvre, le polyéthylène à haute densité (PEHD) connaît le même essor que le polyéthylène à basse densité, mais avec un décalage d’une dizaine d’années. Ses caractéristiques thermiques et dynamiques sont meilleures. Par exemple, en raison d’une température de fusion cristalline plus élevée
(125 °C), la température de fonctionnement d’un câble isolé au PEHD est portée à 80 °C contre 70 °C pour un câble à PEBD. Cela permet d’augmenter la capacité de transport. L’ajout d’additifs dans l’isolant permet aussi d’améliorer sa tenue électrique.

Les premiers câbles PEHD sont installés en région parisienne à la fin des années 1970, en 63 000 V et en 225 000 V. Ils seront utilisés de la même façon que les câbles isolés au PEBD jusqu’à l’apparition du polyéthylène réticulé.

Les câbles au polyéthylène réticulé

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Le polyéthylène réticulé représente, jusqu’à ce jour, la dernière innovation majeure en termes de type d’isolant. Le procédé de réticulation chimique utilisé par les constructeurs a été mis au point au milieu des années 1950. Il consiste à créer chimiquement des connexions entre les différentes macromolécules de polyéthylène. Cela permet d’améliorer certaines de ses propriétés et notamment sa résistance aux hautes températures.

Ainsi, sa température de fonctionnement atteint 90 °C. Mis au point dès les années 1960, le câble à isolation PR est cependant réservé pendant plus de deux décennies aux câbles de moyenne tension. Son utilisation en France pour les hautes tensions est relativement récente.

La mise au point d’un nouveau procédé de réticulation, à sec, au milieu des années 1970, permet d’augmenter la fiabilité des câbles haute tension. En 63 000 V et 90 000 V, son utilisation devient systématique à partir de 1986. Il faut attendre 1994 pour voir son utilisation certifiée en 225 000 V.

Le métal utilisé pour le conducteur et l’écran enveloppant l’isolant a évolué au cours des dernières décennies. Jusqu’aux années 1970, le cuivre a été le seul matériau utilisé pour conduire l’énergie électrique dans l’âme. Ensuite l’aluminium a parfois remplacé le cuivre dans la partie centrale du câble. Plus léger et plus économique, l’aluminium présente toutefois une conductivité moins grande que le cuivre. À capacité de transport équivalente, une âme en aluminium doit donc avoir une section plus grande qu’une âme en cuivre. Quant à l’écran métallique, il est constitué de rubans de cuivre pour les câbles oléostatiques ou à remplissage gaz. Pour toutes les autres technologies, le plomb est employé jusqu’en 1998. À partir de cette date, il est progressivement remplacé par l’aluminium. Le dernier palier technique des câbles souterrains est franchi en 2002 avec les premiers câbles à isolation PR et à écran aluminium.

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En résumé, les câbles isolés destinés aux lignes souterraines sont constitués de plusieurs couches.

  • Une âme conductrice assurant la fonction principale du câble, c’est-à-dire le transport d’énergie.
  • Un écran semi-conducteur sur âme permettant de lisser le champ électrique sur l’âme.
  • Une enveloppe isolante, dont les évolutions technologiques correspondent aux évolutions de câbles.
  • Un écran semi-conducteur sur enveloppe externe. cet écran entoure le câble et forme une seconde électrode cylindrique, permettant d'assurer un champ électrique radial.
  • Un écran métallique permettant de contenir le champ électrique et de transiter les courants de court-circuit.
  • Une gaine extérieure assurant la protection mécanique du câble.

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Chapitre 3 : Des réalisations innovantes

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Dans une ville ancienne et dense, traversée par un fleuve et de nombreuses voies de communication, la réalisation et le développement des liaisons d’interconnexion ont souvent nécessité d’inaugurer de nouvelles techniques, qui font du réseau d’alimentation parisien un modèle unique en son genre. Mais avant de parvenir à transporter de l’électricité entre deux points, un certain nombre d’étapes doivent être franchies…

Les étapes de la réalisation d’un chantier

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Les études préliminaires sont effectuées par les sociétés électriques, en partenariat avec des cabinets d’études. Avant la construction d’une liaison, des études de contraintes thermiques et mécaniques de l’environnement sont réalisées, le tracé optimal est décidé.

À Paris, ces études doivent mettre en évidence l’ensemble des obstacles qui seront rencontrés : croisement de lignes de métro, de conduites d’égouts ou de canalisations diverses. Ainsi, même si le tracé le plus court est généralement préconisé, la présence de ces obstacles peut conduire à un tracé effectuant quelques détours.

Un soin particulier est accordé au travail de concertation.

Une fois toutes les autorisations et conventions de passage obtenues, les travaux peuvent commencer.

L’ouverture des tranchées

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La priorité lors de la réalisation de la liaison est de minimiser l’impact des travaux sur la voirie et la circulation, tout en garantissant la sécurité des ouvriers.

Qu’il s’agisse du creusement d’une galerie ou d’une tranchée, les travaux de génie civil sont toujours confiés à une entreprise spécialisée, qui dispose de moyens techniques, matériels et du savoir-faire nécessaires à la bonne exécution de l’ouvrage. La largeur et la profondeur des tranchées, décidées lors de la phase d’études, dépendent du nombre et du type de câbles à poser, ainsi que du mode de pose. Cette même entreprise procède à la mise en place du matériel destiné à accueillir les câbles (fourreaux ou caniveaux en tranchée).

Des obstacles multiples
lignes de métro,
conduites d’égouts, canalisations

La livraison des tourets

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Les tourets sont livrés par le fabricant de câble sur le site du chantier. La longueur de câble enroulé sur un touret est limitée par les contraintes liées à son transport. Le transport d’un touret se fait par convoi exceptionnel, généralement pendant la nuit, à Paris, pour réduire la gêne occasionnée sur la circulation. L’évolution des moyens de transport permettent l’augmentation de la taille et du poids maximum du touret qui peut être transporté. De tourets de quelques centaines de kilogrammes, transportés par chevaux, on est passé à des tourets de plusieurs dizaines de tonnes, transportés par camion et déchargés par des grues.

Comme les véhicules nécessaires au transport des câbles sont de grandes dimensions, il est parfois prévu d’amener les tourets sur le chantier avant l’exécution des tranchées, si les voies utilisées sont de faible largeur.

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En région parisienne, zone fortement urbanisée, les plus grandes diffcultés sont rencontrées pour dégager l'espace nécessaire à l’implantation de câbles à haute tension. Ces câbles peuvent être placés sous trottoir ou sous chaussée. Au début de l’installation des câbles à haute tension, dans les années 1920, le sous-sol des trottoirs dispose encore d’un espace libre suffisant pour pouvoir y placer des câbles électriques de transport. L’accumulation, au fil des années, de la pose des câbles de télécommunication, de distribution d’énergie, de conduites d’égouts, d’eau, de gaz ou de chauffage urbain rend difficile l’implantation de nouvelles liaisons. Le sous-sol des trottoirs est devenu tellement encombré de réseaux divers qu’il est devenu difficile de trouver l’espace nécessaire pour l’implantation de nouvelles liaisons à haute tension. De ce fait, à partir des années 1970, les liaisons de transport électrique sont progressivement installées sous la chaussée.

La pose sous trottoir présentait l’avantage de ne pas gêner la circulation durant les travaux et un coût de pose plus faible que sous chaussée. Cependant, il est constaté que le nombre d’incidents de câbles sous trottoir est plus élevé que sous chaussée. En effet, les divers réseaux souterrains et les installations de raccordement des immeubles riverains se développent peu à peu, en favorisant aussi la pose sous trottoir. Ces travaux au voisinage des câbles de transport conduisent parfois à des agressions involontaires, pouvant abîmer le câble et provoquer le claquage après un délai plus ou moins long.

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Tirage et pose du câble

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Pour la pose du câble, le touret est disposé sur l’axe de la tranchée, approximativement à l’endroit d’une future jonction, puis est tiré le long de la liaison.

Les techniques de déroulage et de tirage de câble évoluent au fil du temps. Elles suivent l’évolution des modes de pose et des dimensions des tourets. Les câbles sont d’abord tirés manuellement par des équipes très nombreuses. Des galets automoteurs puis des treuils de tirage permettront ensuite de faciliter le tirage. Dans un premier temps, le tirage se fait à la main. Les hommes sont répartis régulièrement tous les deux à trois mètres sur le câble, des hommes supplémentaires sont affectés sur le touret, sur la tête du câble et sur les points présentant des difficultés (courbes, entrée de galeries…). Toute l’équipe tire le câble au coup de sifflet donné par le chef d’équipe. Le câble repose sur des galets en bois ou en métal, pour éviter qu’il ne frotte contre le sol ou des obstacles transversaux. Le câble est ensuite disposé dans son emplacement définitif (caniveaux en tranchée ou tablettes en galerie).

Des appareils de tirage de câbles

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À partir des années 1960, le niveau de tension 63 000 V cède sa place au 225 000 V. À ce niveau de tension, le poids et les longueurs croissants des câbles disposés sur un touret rendent impossible le tirage à la main : le calcul pour un câble à isolation synthétique 225 000 V de 550 m démontre qu’il faut 450 hommes pour le tirer. Pour remédier à cet inconvénient, des matériels de tirage sont mis au point. Des galets automoteurs permettent de réduire les équipes de tirage à une douzaine d’hommes.

Ces appareils, disposés le long de la liaison et synchronisés entre eux, tirent mécaniquement le câble. Une fois le câble tiré, il est disposé sur son emplacement définitif. Le tirage des trois phases dans les tubes aciers des câbles oléostatiques et le mode de pose en fourreaux généralisent l’utilisation de treuils de tirage, dans les années 1960.

En dehors des quelques points singuliers qui sont franchis par un passage en sous-œuvre, la pose des câbles nécessite l’ouverture de tranchées.

Le mode de pose correspond à la configuration adoptée, afin d’installer une liaison souterraine. Le câble HTB n’est jamais simplement posé directement dans le sol : des équipements permettent d’assurer un bon positionnement relatif des câbles et leur protection mécanique.

Le mode de pose dépend de la technologie de câble, du niveau de tension de fonctionnement, ainsi que du milieu environnant la liaison. Le choix du mode de pose influe sur la dissipation de la chaleur et conditionne la capacité de transport du câble.

Pour réduire les nuisances sur la circulation routière, le remblayage est effectué au fur et à mesure de la réalisation des tronçons. Seules les chambres de jonction restent ouvertes le temps de la confection.

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Le monteur réalise les jonctions
et les
extrémités

Jonctions et raccordements des extrémités

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Une fois le câble en place, les différents tronçons sont raccordés entre eux dans des « chambres de jonction ». Une attention particulière est portée à cette étape. Pour assurer la qualité de la jonction, elle doit être réalisée dans une certaine plage de température extérieure et il faut éviter toute pénétration d’humidité. Lors de la réalisation d’une liaison nouvelle, c’est un monteur appartenant à l’entreprise qui a fabriqué le câble qui vient réaliser les jonctions et les extrémités. Ce principe est respecté depuis le début de l’utilisation des câbles à haute tension.

La réalisation des extrémités représente un travail important, en raison des dimensions et de la hauteur à laquelle sont disposées les extrémités.

Des essais électriques sont réalisés sur le câble et sa gaine au fur et à mesure de la réalisation des tronçons, et une fois la liaison terminée. Lorsque les essais s’avèrent concluants, la mise en service de la liaison peut être effectuée.

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Le premier réseau souterrain à 63 000 V

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Entamée en 1920-1921, la réalisation de la ceinture souterraine à 63 000 V nécessite le creusement de 300 km de tranchées. Sur cette boucle encerclant Paris, rares sont les passages en galerie.

Chaque liaison est doublée, les câbles sont posés en double dans des caniveaux sablés, à un mètre de profondeur. En 1929, le réseau d’alimentation de Paris se raccorde à ce réseau régional. Les nouveaux postes Tolbiac et Nation sont alimentés par des câbles 63 000 V. Ces liaisons acheminent l’électricité depuis Villejuif et Charenton. À l’intérieur de Paris, elles sont situées intégralement en galerie et posées sur des tablettes. L'utilisation du 63 000 V pour l’alimentation de Paris se prolongera jusqu’aux années 1960.

La pose en caniveaux

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La pose en caniveaux préfabriqués est le mode de pose prédominant pour la réalisation de ce réseau à 63 000 V. D’ailleurs, la prédominance de ce mode de pose se prolongera jusqu’aux années 1990 pour tous les types de technologies, en dehors des câbles sous tube d’acier. Généralement préfabriqués, en béton armé et remplis de sable après la mise en place du câble, ils permettent de disposer les trois câbles en trèfe (selon la coupe ci-contre). Posés en fond de fouille, les caniveaux sont constitués d’éléments unitaires qui s’imbriquent les uns dans les autres. Parfois, les ouvrages sont directement réalisés sur le lieu du chantier, « en briques et en dalles » ou en caniveaux directement coulés sur place. Ce mode de pose présente l’avantage de laisser un accès aux câbles en cas d’avarie sans avoir à démolir du béton. Un terrassement à l’aplomb du défaut suffit à atteindre le câble. Cependant, la pose en caniveaux présente un inconvénient lors du chantier de réalisation de la liaison.

Cela nécessite de laisser la tranchée ouverte sur toute la longueur d’un tronçon de câble. Cela représente plusieurs centaines de mètres de tranchées laissées ouvertes durant plusieurs jours, jusqu’à la fin du déroulage des câbles. En milieu urbain, les contraintes de circulation font qu’il est très difficile de maintenir une tranchée ouverte sur de telles longueurs.

Certains passages délicats, tels que les traversées de chaussées, sont effectués dans des fourreaux en béton comprimé ou en fonte. Lors du remblayage, un grillage avertisseur est disposé au-dessus des câbles, afin de prévenir le risque d’agression en cas de travaux à proximité de la liaison. La couleur rouge sera normalisée pour les grillages destinés à avertir de la présence de câbles électriques.

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Les constructeurs, conscients du temps et de la minutie nécessaires à la confection de jonctions par rubanage de papier, cherchent à réaliser mécaniquement l’enroulement du papier. Ils mettent au point un appareil qui permet d’effectuer deux opérations successives. En actionnant une manivelle, dans un premier temps, il taille l’isolant à l’extrémité des deux câbles à raccorder, pour réaliser un cône. Ensuite, il enroule autour du joint une bande de papier permettant de reconstituer l’isolation.

D’après les constructeurs, le gain de temps sur la réalisation d’une jonction est considérable et la fiabilité des boîtes réalisées est au moins égale à celle du câble. Cependant, il n’y a plus trace de l’utilisation d’un tel appareil par la suite. Les jonctions seront ensuite toutes réalisées exclusivement à la main.



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1936 : la réalisation de La première liaison 225 000 V

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En 1936, pour la première fois, une liaison souterraine à 220 000 V (ensuite normalisée à 225 000 V) est mise en service afin d’acheminer l’énergie produite dans l’est de la France. Ce niveau de tension n’a jamais été atteint auparavant. La réalisation de cette liaison entre Saint-Denis et Clichy-sous-Bois concentre les efforts des acteurs des câbles électriques souterrains de l’époque. Les études préliminaires liées à la réalisation de la liaison et au choix du tracé sont réalisées par la société d’interconnexions elle-même (Inter-Paris). Elle confie la réalisation des câbles à quatre fabricants français.

Pour les travaux de génie civil, la réalisation d’une liaison de ce type étant inédite, aucune entreprise n’a d’expérience quant à la pose d’un câble de ce niveau de tension. La pose du câble est confiée à des entreprises possédant une grande expérience de la pose des câbles à 63 000 V, seule technologie de haute tension connue à ce moment en France pour les câbles souterrains.

La nouveauté réside dans la mise sous pression d’huile et les stations d’huile, les nouveaux types de boîtes de jonction et d’extrémités qui en découlent.

Les particularités de Clichy Saint-Denis

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Les câbles sont principalement posés en caniveaux. Dans les passages difficiles, les câbles passent dans des tubes de ciment individuels. Le tracé de la liaison rencontre quelques obstacles qui nécessitent un dispositif particulier. Le canal de l’Ourcq est traversé sur une passerelle métallique spéciale, construite pour l’occasion. Un réseau de voies de chemin de fer de 100 m de largeur, à proximité de la gare du Blanc-Mesnil, est traversé avec un mode de pose relativement rare. Les câbles y sont en caniveaux standard, posés à l’intérieur d’un tube en fonte d'un mètre de diamètre. Le canal de Saint-Denis est traversé sur un pont métallique existant. Enfin, dernière difficulté avant de parvenir au poste de Saint-Denis, la ligne de chemin de fer Creil-Paris est franchie sur le « Pont de la Révolte ».

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120 hommes

C’est le nombre d’hommes nécessaires au déroulage. Ils sont disposés tous les deux mètres. Cet effectif est indispensable, surtout pour les passages dans les parties difficiles du tracé. Le montage des jonctions est réalisé par les fournisseurs du câble. Une partie des travaux est exécutée de nuit, à la lumière électrique. Les conditions de travail sont particulièrement délicates durant l’hiver.

6 tonnes

Les tourets transportent des longueurs de l’ordre de 200 m et pèsent près de 6 tonnes chacun.

280

C’est le nombre de tourets livrés sur le site du chantier pour apporter les 57 km de câbles.

145 000

C’est en litres la quantité d’huile contenue dans toute la longueur de la liaison et les 300 réservoirs disposés le long du tracé.



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39
postes
de
transformation
sont construits à Paris

La construction des radiales parisiennes à 225 000 V

+

Le réseau haute tension, dans Paris intra-muros, est presque exclusivement constitué de liaisons 225 000 V faisant le lien entre les postes disposés aux limites de Paris et les postes parisiens. Ces liaisons, non connectées entre elles et qui convergent vers le centre de la ville, sont appelées « radiales ». Elles sont développées à partir des années 1960.

Chacune alimente jusqu'à trois postes 225 000 V / 20 000 V en cascade ; 39 postes de transformation sont ainsi construits à Paris. Les postes sont réalisés en bâtiment clos. La façade est généralement conçue par un architecte comme un immeuble d’habitation, pour une meilleure intégration dans la ville. Les câbles oléostatiques sont utilisés dans les années 1960 pour le lancement du réseau 225 000 V de Paris intra-muros. Ensuite, les câbles à isolation synthétique s’imposent et remplacent petit à petit toutes les technologies utilisant une isolation à base d’huile, dont les câbles oléostatiques.

Nous retraçons ici les étapes de la construction d’une liaison oléostatique, caractéristique des liaisons haute tension de Paris.

Réalisation d’une liaison oléostatique

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Après ouverture des tranchées, les tubes sont posés et soudés entre eux en fond de fouille. L’installation de ces tubes dans un sous-sol encombré est difficile. Pour un encombrement minimal, les tubes sont posés sous chaussée plutôt que sous trottoir. Lorsque les tubes sont descendus, on peut être amené à les déplacer longitudinalement pour pouvoir passer sous d’autres câbles ou canalisations, et ainsi poser le tube sur le radier.

Cette technologie est la seule ne nécessitant pas de caniveau ou de fourreau pour sa mise en place. Le tube est simplement posé en pleine terre.

Une fois les tubes soudés entre eux, ils sont recouverts d’un enrobage de soie de verre et de goudron pour assurer la protection des tubes. La tenue électrique de cet enrobage est ensuite vérifiée au balai électrique sous 10 000 V : la fouille recouverte, les trois phases sont ensuite tirées simultanément dans les tubes par un treuil mécanique. L’utilisation des câbles oléostatiques conduit pour la première fois à la généralisation du treuil mécanique. Une câblette reliée aux trois conducteurs permet de tirer les trois phases en même temps dans des tubes en acier. Un grillage galvanisé est posé au-dessus des tubes pour les différencier de ceux réservés aux fluides divers.

Les trois tourets sont disposés les uns à la suite des autres. Les phases enroulées sur les tourets sont entourées par une enveloppe de plomb pour assurer leur protection lors du transport. Cette enveloppe doit être minutieusement enlevée sur chaque phase, au fur et à mesure du déroulage.

Les jonctions sont réalisées lorsque la longueur du touret arrive à sa fin, à des emplacements prévus à l’avance. Aux extrémités, les trois phases sont séparées et se retrouvent dans des tubes individuels grâce à une trifurcation. Des stations d’huile sont disposées aux extrémités pour assurer la pression d’huile et contenir les variations de volume lors des cycles de température.

Les tubes sont ensuite remplis d’huile : 13 litres sont nécessaires pour le remplissage d’un mètre de liaison pour des câbles de section 805 mm². Une grande quantité d’huile est donc nécessaire pour une liaison complète.

En dehors de quelques points singuliers, le seul mode de pose pratiqué, à l’intérieur de Paris, entre 1960 et 1970, est la pose sous tube acier, dans le sol spécifique aux liaisons par câbles oléostatiques.

Dans certains cas, avec la perspective d’une augmentation de puissance, certaines liaisons sont doublées par un deuxième tube en attente, qui ne sera rempli que lorsque la première liaison ne sera plus suffisante.

À cette période, la consommation double tous les dix ans. Les politiques de développement d’EDF permettent de préparer l’avenir dans une perspective de croissance. De telles anticipations permettent de réduire les coûts sur le long terme.


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Des radiales 225 000 V par câbles à isolation synthétique

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À partir du début des années 1970, le câble à isolation synthétique remplace le câble oléostatique dans la construction du réseau 225 000 V de la ville de Paris. Dès lors, la pose de nouveaux câbles oléostatiques est rare et n’a lieu que lors du remplissage de tubes préalablement posés. Ces câbles à isolation synthétique sont, dans un premier temps, majoritairement posés en caniveaux.

Jusqu’alors réservé aux traversées ponctuelles de routes ou de sorties de voies privées, c’est à partir des années 1990 que le fourreau PVC enrobé de béton est généralisé sur des liaisons entières : la pose en caniveaux cède progressivement sa place.

Au début des années 1990, lors de liaisons réalisées afin d’alimenter le futur parc Disney à Marne-la-Vallée, l’adoption du fourreau PVC est généralisée pour la première fois sur l’ensemble d’une liaison.

La mise en œuvre de cette liaison permet de mettre en évidence les avantages sur la diminution de la durée d’ouverture de fouilles, ainsi que sur la durée de déroulage.

La pose en ouvrages fourreaux permet de réduire la durée d’ouverture des fouilles. Le remblayage au-dessus des fourreaux est possible rapidement après leur pose et leur enrobage avec du béton, destiné à garantir la protection mécanique des fourreaux et à maîtriser l’environnement immédiat du câble et la dissipation de la chaleur. Le tirage des câbles, à l’intérieur de ceux-ci, a lieu ultérieurement, alors que la circulation en surface est rétablie.

Les fourreaux PVC sont des tubes fabriqués en usine, d’une longueur maximale de quelques mètres. Ils sont emboîtés sur site les uns dans les autres, afin de constituer une conduite continue dans laquelle un câble peut ensuite être tiré. Ces éléments peuvent aussi être préformés en usine afin de s’adapter aux courbes du tracé destinées à éviter les obstacles.

Dans ce cas, la technique du tirage au treuil est utilisée. Chaque phase est tirée par une câblette dans son fourreau selon un sens prédéfini en fonction du sens d’emboîtage des fourreaux. Peu à peu, sur proposition du bureau d’études ou parfois à la demande des municipalités voulant réduire l’impact des travaux sur la voirie, une part croissante des câbles sont posés sous fourreaux PVC. Sur les liaisons parisiennes, la proportion des câbles posés sous fourreaux PVC croît de 17 % sur la période 1971-1990 à 38 % sur la période 1991-2011. En contrepartie, la pose en caniveaux, représentant 49 % des modes de pose entre 1971 et 2011, atteint 31 % entre 1991 et 2011.

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Les galeries souterraines

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Près de 20 km de galeries souterraines contenant des câbles haute tension courent sous la ville de Paris. Le recours à ces galeries techniques est fortement lié à la présence d’un grand nombre de liaisons électriques ou canalisations de concessionnaires tiers sur le tracé. En général, une ou plusieurs liaisons haute tension cohabitent avec un grand nombre de liaisons de basse et moyenne tension destinées à la distribution.

La galerie est une spécificité du réseau électrique de la ville de Paris. Les autres grandes villes de France, telles que Lyon ou Marseille, n’en comptent pas plus de quelques centaines de mètres, généralement en sortie de poste.

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Les galeries avant 1914

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Une partie de ces galeries date de la période 1889-1914, pendant laquelle la ville de Paris est divisée en six secteurs électriques, chacun géré par une société différente et alimentant son secteur selon son propre type de distribution. La Compagnie Parisienne de Distribution d’Électricité (CPDE) prendra ensuite le relais de ces secteurs, après la réunification des services de distribution parisiens, en 1914, jusqu’à la nationalisation du secteur de l’énergie, en 1946, et la création d’EDF. Cette succession de gestionnaires fait qu’il est difficile de connaître exactement la date et les conditions de construction de ces galeries.

Dans Paris, environ 100 km de galeries techniques, anciennement appelées « galeries EDF », contiennent des câbles de distribution d’électricité. Seulement une partie d’entre elles contient également des câbles de transport. Lors de la construction du réseau 225 000 V de Paris, des galeries précédemment construites pour le passage de câbles de distribution sont empruntées afin de réduire les coûts de génie civil et de réduire l’impact des travaux sur la circulation dans les rues parisiennes. Leur exploitation fait désormais l’objet d’accords entre ERDF, en charge de la distribution, et RTE, le Réseau de transport d'électricité. La construction de ces galeries est à l’époque justifiée par le risque important d’avaries nécessitant un accès fréquent aux câbles. D’autre part, le passage des câbles en galerie permet de maîtriser l’environnement immédiat des câbles, dont l’isolation est encore à améliorer.

Des kilomètres de galeries sous les rues de Paris

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Onéreuses à construire et à entretenir, les galeries ont cependant l’avantage de pouvoir loger un grand nombre de câbles dans un espace réduit, de réserver un emplacement pour l’implantation de liaisons futures et d’exécuter des travaux sans tranchée, ce qui permet de s’affranchir des problèmes de circulation. En cas d’avarie ou de maintenance préventive, l’accès à la liaison ne nécessite pas d’ouverture de tranchée et est presque immédiat. Néanmoins, cette facilité d’accès présente parfois un risque dans la mesure où des personnes non habilitées y accèdent sans autorisation, au péril de leur vie.

Lors de la construction, certaines liaisons empruntent des galeries soit sur leur intégralité, soit uniquement sur certains tronçons. C’est le cas notamment dans les entrées des postes de Paris intra-muros, à l’aboutissement des câbles généralement à 225 000 V. Elles permettent de parcourir des kilomètres sous les rues de Paris.

L'art de la pose des câbles

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La cohabitation dans les galeries de plusieurs liaisons électriques, de transport et de distribution, nécessite un soin particulier pour la pose des câbles. Les différentes techniques mises en œuvre au fil du temps sont : la pose sur tablettes, la pose en caniveaux et la pose en suspentes.

Jusqu’au début des années 1970, les câbles sont généralement posés sur tablettes. Puis, pendant les années 1970 et 1980, la pose en caniveaux lui est préférée. Enfin, à partir du début des années 1990, les suspentes remplacent peu à peu les autres modes de pose.

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Le plus souvent en béton ou en béton armé, les tablettes constituent des étagères sur les parois latérales des galeries. Les câbles y sont posés puis recouverts d’un couvercle en béton. Celui-ci permet de contenir un éventuel défaut qui pourrait perturber le bon fonctionnement des câbles voisins. Cette technique ne vaut que pour les câbles de tension de fonctionnement inférieure ou égale à 90 000 V. L’ensemble des câbles de tension 63 000 V installés dans les galeries parisiennes sont posés selon cette technique.



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Le cas particulier des câbles oléostatiques

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Les câbles oléostatiques, sous tube acier, empruntent aussi des galeries souterraines. Dans ce cas, le tube est posé au sol. Cependant, sous l’effet des cycles de charges, le tube acier peut être amené à se dilater et se contracter. Ces mouvements peuvent alors abîmer la protection anticorrosion du tube. Par suite, une fuite d’huile peut se déclarer par percement du tube et la liaison est mise hors service par baisse de pression. Pour éviter ces inconvénients, les tubes aciers sont disposés sur des cales ou des supports sur le radier de la galerie. Certaines de ces galeries méritent une attention particulière.

La galerie Edison

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La galerie nommée Edison, construite entre 1906 et 1910, du poste de Saint-Ouen au XVIIe arrondissement, a une longueur de près de 4 km. Située à une moyenne de 8 m de profondeur, elle tire son nom de la Compagnie Continentale Edison qui alimente, entre 1890 et 1907, un secteur de Paris réunissant une partie du quartier de la Bourse dans le IIe arrondissement, la partie centrale du IXe et la partie ouest du XVIIIe. L’énergie produite par un petit groupe de production appartenant à la société Edison, situé à Saint-Denis, est commercialisée sous forme continue de 2 x 110 V. La galerie Edison permet de relier cette usine aux lieux de consommation au centre de Paris, en passant par les sous-stations de transformation équipées de convertisseurs tournants.

En 1914, l’usine électrique de Saint-Ouen, construite par la CPDE, produit initialement du courant alternatif diphasé 12 500 V, à une fréquence de 42 Hz. Cette énergie est ensuite acheminée par câbles souterrains jusqu’aux sous-stations parisiennes en réutilisant cette galerie.

Au fil des années, après les modifications apportées à l’usine de Saint-Ouen et la création d’un poste de transformation, cette galerie est exploitée pour acheminer des câbles de distribution de différentes tensions.

En 1991, lors de la création de la liaison 225 000 V Saint-Ouen-Ornano, et compte tenu des difficultés rencontrées pour aboutir à un tracé acceptable dans un milieu urbain très dense, une étude technico-économique conduit à emprunter une partie de cette galerie, en accord avec les services de distribution électrique. Sur les 4 km de la liaison, 3,5 km empruntent la galerie ; le reste est installé sous la chaussée. Ce choix permet de réduire les coûts de génie civil mais aussi, en bénéficiant d’une meilleure déperdition calorifique en galerie, d’installer un câble plus petit pour une même capacité de transit. Techniquement, la section du câble est réduite de 1 200 mm² cuivre sous chaussée à 800 mm² aluminium en galerie.

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Désormais, les câbles sont posés en utilisant des systèmes souples. Par cette technique, les câbles regroupés en trèfle sont sanglés et retenus par des suspentes ou des colliers.

Ces systèmes permettent de tenir mécaniquement les efforts statiques et électrodynamiques mis en jeu, et laissent un degré de liberté permettant la dilatation du câble par échauffement.

Cette technique est aussi utile lorsqu’il est nécessaire de franchir un passage encombré en galerie.

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L’espace nécessaire pour l’installation de câbles 225 000 V conduit à l’adoption de la disposition en caniveaux lorsque d’autres liaisons de distribution empruntent les galeries.

Cette technique consiste à aménager un emplacement pour l’installation de caniveaux au niveau du sol de la galerie. Les trois câbles unipolaires y sont disposés en trèfle de la même façon que pour une pose en caniveaux sous chaussée.

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La galerie Charenton-Nation

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Cette galerie est construite dans le cadre de la mise en service du poste Nation, dans le XIe arrondissement, en 1930. Creusée entre les postes de Charenton et de Nation, cette galerie compte 4,8 km, dont trois à l’intérieur de Paris. Elle couvre l’ensemble de la liaison entre les deux postes. Elle accueille trois câbles 63 000 V unipolaires entre 1930 et 1999, date à laquelle la galerie a été vidée après la mise hors service des câbles.

Citons également les deux galeries d’Arrighi, longues chacune de 500 m et construites en 1930 et 1964, dans lesquelles sont installées 42 liaisons de distribution et de transport.

La liaison de trois km, entre les postes de Flandres dans le XIXe arrondissement et de Magenta dans le Xe, comprend une partie en galerie souterraine. Celle-ci est construite en 1920 par la CPDE puis est réutilisée en 1978 au départ du poste de Flandres sur 1 500 m pour la construction de la radiale 225 000 V.

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La construction des galeries a généralement été faite par ouverture de tranchées, à l’image de la construction du métro. Plus récemment, elles ont été creusées de la même façon que des mines, sans tranchée. Dans un sous-sol encombré, la réalisation d’un ouvrage de telle dimension peut nécessiter des profondeurs importantes. En 2001, la construction du poste de Ternes et la liaison Perret-Ternes a nécessité la construction de plus de 500 m de galeries sans ouverture de tranchée. Du personnel spécialisé dans le travail dans les mines, utilisant des explosifs pour le creusement a été sollicité. Remarque : dans Paris, le réseau de tunnels souterrains le plus dense est celui du métropolitain.

Pourtant, aucun câble de transport électrique n’emprunte d’ouvrages creusés pour ce mode de transport en commun. Cela s’explique par des raisons de sécurité liées aux normes en vigueur dans le cadre du transport de voyageurs en cas d’incendie, mais surtout par des questions pratiques d’accès aux câbles pour maintenance. En effet, la maintenance de tels ouvrages serait limitée aux heures de fermeture du métro parisien et nécessiterait des dérogations spéciales pour l’autorisation d’intervention dans les tunnels.


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Les passages en sous-œuvre / Les techniques

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Parfois, l’ouverture d’une tranchée pour permettre le passage d’une liaison souterraine est impossible. C’est le cas des traversées de voies ferrées, de certaines voies routières ou de cours d’eau.

Différentes techniques existent et leur utilisation dépend des caractéristiques géotechniques des sols à traverser.

Les techniques de passage en sous-œuvre sont :

  • le micro-tunnel,
  • le forage dirigé,
  • le fonçage.

Le micro-tunnel

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Le micro-tunnelier est un appareil permettant de creuser un tunnel de diamètre suffisant pour y faire glisser les câbles (diamètres de forage de 30 cm à 1,2 m). Ce tunnel permet de passer sous les obstacles sans perturbation, à des profondeurs de 3 à 20 m, mais demande une emprise importante à ses deux extrémités.

Après la création d’un puits d’entrée d’un côté et d’un puits de sortie de l’autre, le micro-tunnelier télécommandé permet un creusement horizontal entre les deux puits. Des éléments de tubes préfabriqués sont poussés derrière l’appareil afin de constituer le tunnel destiné à accueillir les câbles. Le micro-tunnel est une technique adaptée à tout type de sol, excepté le rocher et les sols graveleux.

Cette technique est apparue dans la région en 1980. Elle n’est adoptée que dans de très rares cas à Paris, comme la traversée du périphérique.

3 techniques
pour
le passage d'une
liaison souterraine

Le forage dirigé

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Le forage dirigé est une technique issue de l’industrie pétrolière. Il se fait en trois étapes : un premier forage pour le creusement d’un trou pilote, un alésage et la pose des conduites.

  • Le trou pilote : sous l’action de la poussée et de la rotation d’une tête de forage équipée d’un outil d’usure à son extrémité, un train de tiges d’un diamètre de 50 à 100 mm pénètre dans le sol. Le contrôle directionnel du forage est obtenu en agissant simultanément sur la rotation et la poussée de la tête de forage. Celle-ci n’étant pas symétrique, la poussée sans rotation entraîne sa déviation dans l’orientation souhaitée. Ensuite, la rotation de la tête, combinée à sa poussée, rend la trajectoire rectiligne.
  • L’alésage : cette étape consiste à agrandir le trou afin que les fourreaux destinés à recevoir les câbles puissent être installés. L’appareil ayant servi au forage met en rotation et tire un aléseur. Cette étape est répétée jusqu’à l’obtention d’un trou de diamètre souhaité.
  • La pose des conduites : une fois le trou de diamètre suffisant obtenu, des fourreaux, de préférence en PEHD (Polyéthylène Haute Densité), sont tirés par les tiges de forage. Dans un dernier temps, les câbles électriques sont tirés dans les fourreaux.

Mise en place dans les années 1970, cette technique est adoptée dans la construction du réseau souterrain haute tension en France, à partir de 1980. Elle présente l’avantage de limiter la gêne occasionnée par les travaux. Cependant, la mise en œuvre nécessite un espace libre étendu du côté du point d’attaque.

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Le fonçage

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Cette technique, adoptée sur le réseau de transport électrique à partir des années 1980, est essentiellement utilisée pour des passages sous des voies ferrées ou des voies routières.

Elle nécessite, comme le micro-tunnel, le creusement d’un puits d’entrée et d’un puits de sortie. À partir du puits d’entrée, le fonçage est effectué horizontalement.

L’emprise des fonçages est moins importante que les autres modes de pose en sous-œuvre. Des tubes sont poussés horizontalement à l’aide de vérins. Les techniques diffèrent en fonction du diamètre des tubes et des caractéristiques des sols à traverser. Les tubes peuvent être insérés par battage, par rotation, par poussée ou par fusée pneumatique.

Dans Paris intra-muros, le choix des tracés des liaisons et la préférence pour les galeries souterraines font que les liaisons dont la construction a été effectuée par une de ces méthodes sont très rares. Cependant, en dehors de Paris, la présence de cours d’eau comme la Seine et les nombreux réseaux de transports ferroviaires et routiers font que les tracés des liaisons souterraines rencontrent inévitablement des obstacles. Ceux-ci sont franchis à de nombreuses reprises par les techniques citées ci-dessus.

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Les difficultés rencontrées

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Le coût de la réalisation d’une liaison dans Paris est plus élevé que la moyenne. Des imprévus peuvent survenir lors de l’ouverture des tranchées, lorsque les plans ne correspondent pas à la réalité. Malgré des études préliminaires poussées, les sous-sols de Paris regorgent de surprises.

Les difficultés rencontrées suite à la découverte de la présence d’autres concessionnaires sur le tracé de la liaison sont innombrables. On peut citer, comme exemple, la réalisation de la liaison 225 000 V Nation-Austerlitz en 1999. Il est prévu que la liaison croise une canalisation d’égout en passant par-dessus. Or, lors de l’ouverture de la tranchée, le constat est fait que le haut de l’égout est placé à seulement 30 cm de profondeur alors que les plans fournis par les services des égouts de Paris indiquent un mètre. Il est donc impossible de croiser l’égout à cet endroit et il est nécessaire de trouver un autre point de croisement. Après avoir effectué trois sondages successifs, la meilleure solution consiste à croiser l’égout en plein milieu de la voirie, à l’endroit où l’égout est plus profond. Grâce à la réactivité et à la coopération des différents participants, dont la préfecture de police qui gère la voirie à Paris, le passage est rapidement effectué afin de réduire la nuisance occasionnée sur la circulation.

Dans d’autres cas, il est possible de passer en dessous des conduites d’égouts. Ces passages nécessitent le creusement à quatre ou cinq mètres sous la chaussée.

D’autres contraintes sont liées au milieu urbain. En cas de traversée de voies routières ou de boulevards, les travaux sont parfois effectués de nuit.

Le franchissement des obstacles

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Le dessin du tracé des liaisons évite le plus possible de rencontrer des obstacles difficiles à franchir. Ces obstacles peuvent être naturels (canal, fleuve) ou créés par l’homme (voies routières, chemins de fer). Dans Paris intra-muros, c’est le boulevard périphérique qui représente la difficulté majeure. Quelques chantiers présentent un intérêt particulier en raison des difficultés rencontrées sur le tracé et la façon dont il a été possible de les surmonter.

  • Les traversées de Seine et autres cours d’eau

Les cours d’eau tels que la Seine représentent un obstacle naturel majeur dans la région parisienne.

Dans Paris intra-muros, aucune radiale 225 000 V ne traverse le fleuve, et seule une liaison 63 000 V installée en 1963 effectue la traversée, au niveau du pont d’Iéna. L’autre cours d’eau traversé à Paris est le canal de l’Ourcq. Le passage est effectué à deux reprises par une galerie souterraine.

Dans la petite couronne, on compte plus d’une vingtaine de traversées de la Seine. Si la plupart empruntent des ponts routiers, d’autres effectuent la traversée par un mode particulier.

  • Ponts et passerelles

Le franchissement des cours d’eau nécessite une étude particulière lors de la conception et de la mise en place d’un dispositif spécial.

Jusqu’aux années 1960, la grande majorité des liaisons ayant à traverser des cours d’eau, et en particulier la Seine ou le canal de l’Ourcq, emprunte une passerelle spécialement conçue ou un pont préexistant. Si des dispositions conservatoires ont été prises lors de la construction du pont, les câbles peuvent être insérés dans des fourreaux placés dans un caisson inaccessible.

S’il n’existe pas d’emplacement réservé, l’utilisation de ces ouvrages est difficile voire impossible.

Certains ponts sont heureusement prévus avec une galerie technique ; d'autres peuvent être équipés de caniveaux sous trottoir. L'utilisation des ponts requiert une étude technique approfondie, en partenariat avec l’exploitant de l’ouvrage. Dans ces cas précis, les objectifs recherchés sont la protection mécanique de la liaison ainsi que la diminution au maximum du poids supplémentaire à supporter par l’ouvrage d’art. Lorsque le passage ne peut pas s’effectuer dans un pont, des passerelles techniques peuvent être construites spécialement pour le passage des câbles.

Dans ce cas, les câbles sont installés dans un fourreau inséré à l’intérieur de la passerelle. Par exemple, la passerelle industrielle d’Ivry-Charenton est construite en 1929 spécialement à cet effet.

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Un pont Cantilever pour Ivry-Charenton

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La passerelle d'Ivry-Charenton est construite par la Compagnie du chemin de fer métropolitain de Paris, la CPDE et les trois sociétés qui constitueront « Inter-Paris » (Union d’Électricité, Société d’Électricité de la Seine et Société d’Électricité de Paris). L’objectif est de construire un ouvrage destiné uniquement à la traversée des câbles issus de l’usine d’Ivry, seule la traversée piétonne étant prévue. Ce câble accueillera, entre autres et dans un premier temps, les câbles 63 000 V de la CPDE destinés à alimenter le poste de Nation en reliant le poste de Villejuif à celui de Charenton. Pour sa construction, la technologie adoptée est le pont cantilever. D’une longueur totale de 214 m, il a une portée de 135 m entre les deux piles construites dans la Seine. Les travées latérales fonctionnent comme des contrepoids. Ce pont détiendra, jusqu’à la Seconde Guerre mondiale, le record en termes de portée pour un pont cantilever en poutre béton, ce qui en fait un ouvrage remarquable parmi les ponts modernes. Un caisson en béton armé, aménagé sur la passerelle, permet d’assurer la protection des câbles qu’il contient. Une autre passerelle, construite pour transporter des câbles électriques, située au niveau de l’ancienne centrale électrique quai Blanqui à Alfortville, est aujourd’hui détruite.

À partir des années 1960, des techniques de pose par ensouillage ou en sous-œuvre ont fait leur apparition, permettant aux câbles de passer sous les cours d’eau.

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À Paris, des difficultés particulières sont rencontrées au voisinage du métro. En dehors de quelques exceptions, les tunnels du métro de Paris sont proches de la surface en raison de la nature hétérogène du sol parisien qui empêche le creusement en grande profondeur. Cette faible profondeur oblige les lignes à suivre l’axe des rues de Paris. Lorsque le tracé d’une liaison est amené à devoir croiser une ligne de métro, les études font généralement en sorte que les câbles passent au-dessus du tunnel. Parfois, la profondeur du haut du tunnel n’est pas suffisante pour assurer une profondeur de charge garantissant la sécurité des câbles. Dans ce cas, des accords avec les services de la RATP aboutissent à un accord soit pour raboter le haut du tunnel afin que la liaison puisse passer, soit pour faire passer la liaison

La technique de l’ensouillage

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Dès 1962, l’ensouillage est utilisé lors de la traversée de la Seine à Chatou, sur la liaison Rueil-Le Pecq 63 000 V. En 2006, ce tronçon est relevé sur 270 m par un forage dirigé. La traversée de la Seine, sur la liaison Cormeilles-Nanterre 225 000 V, se fait dans un premier temps, en 1964, par ensouillage. À cette occasion, quatre tubes sont installés mais seuls deux contiennent des câbles. Les deux autres sont installés en prévision de l’augmentation des besoins. Comme prévu, cette liaison aura ensuite besoin d’être renforcée et c’est en 1980 qu’une nouvelle liaison double est installée en parallèle. Les deux tubes vides installés en 1964 sont ainsi remplis. Cet exemple montre une certaine vision de l’avenir par EDF, dont des décisions prises plus de 15 ans auparavant permettent de réduire considérablement les frais de mise en œuvre liés à la traversée du fleuve.

D’autres traversées sont effectuées en sous-œuvre. En 1997, sur cette même liaison Cormeilles-Nanterre 225 000 V, la Seine est traversée au niveau de l’île Saint-Martin par forage dirigé sur 150 m.

En dehors de la Seine, d’autres cours d’eau tels que le canal de l’Ourcq représentent un obstacle. Ainsi, en 1993, un micro-tunnelier est utilisé sur la liaison Avenir-Romainville pour la traversée du canal.

En région parisienne, on compte près de 2 500 m de liaisons cumulées effectuant un passage de cours d’eau en sous-œuvre.

Traversées des périphériques et autres voies de transport

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Pour venir alimenter la ville de Paris, il a été nécessaire de franchir des obstacles. Les axes routiers importants et les voies ferrées ne peuvent pas être traversés par ouverture de tranchées.

C’est le cas avec le périphérique Parisien qui est traversé 20 fois par des liaisons 225 000 V. Diverses solutions sont adoptées. Sur la liaison Turgot-Saint-Ouen, la liaison franchit le périphérique par la galerie Edison, de construction bien antérieure, et ne pose pas de problème particulier. Dans d'autres cas, la liaison emprunte un pont franchissant le périphérique ou passe sous la chaussée du périphérique. Sur certains points, il arrive que les difficultés soient plus grandes. Devant l’impossibilité de creuser une tranchée traversant le périphérique, des passages en sous-œuvre sont effectués. Par exemple, en 1992, sur la liaison Gambetta (XVIIIe)-Malassis (Montreuil-sous-Bois), un micro- tunnel, situé à 6,50 m de profondeur et de un mètre de diamètre, permet de franchir le boulevard périphérique par une traversée de 90 m. En 2000, la réalisation de la liaison entre les postes Ampère de Saint-Denis et de La Courneuve a employé la technique de forage dirigé pour franchir une ligne double de tramway et quatre voies de circulation.

Au total, dans la région parisienne, 7 800 m de liaisons sont effectuées en sous-œuvre pour la traversée de voies routières ou ferrées.

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L’ensouillage permet de traverser un cours d’eau lorsque le passage par un pont existant n’est pas possible. Le câble est posé au fond du lit du Ơeuve, dans une souille préalablement creusée. La technique d’ensouillage se déroule en trois étapes : la réalisation d’une tranchée immergée désignée par la souille, la mise en place des fourreaux et le remblayage de la tranchée. Une fois les fourreaux mis en place et la tranchée remblayée, les câbles sont tirés dans les fourreaux à partir d’une berge. L’ensouillage présente l’avantage de pouvoir franchir facilement des cours d’eau sans avoir à construire une passerelle. Toutefois, la pose de câbles sous le lit de voies navigables nécessite que le trafic soit interrompu durant les opérations d’excavation et de pose. De plus, la confection des fourreaux impose une emprise de chantier importante sur une berge. Cette technique n'est pas utilisée à Paris mais seulement en banlieue.

Chapitre 4 : Vie des liaisons souterraines électriques

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Vieillissement, claquages électriques, points chauds, écrasement… les causes d’avaries diffèrent selon les technologies. Une part importante des incidents survient dans les premières années de la vie du câble.

Les aléas de la vie des câbles

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Les incidents de câbles peuvent entraîner des perturbations sur le fonctionnement du réseau électrique. Même si la fiabilité est une priorité pour les fabricants de câbles et les exploitants du réseau, les incidents sont inévitables.

Les câbles électriques peuvent être affectés par deux catégories de défauts différents :

  • des défauts d’origine interne, provoqués par le vieillissement et les contraintes diélectriques auxquelles les câbles sont soumis,
  • des défauts mécaniques causés par l’environnement et notamment par des agressions externes.

Les périodes de la vie des câbles

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Lamartine disait, dans l'une de ses poésies : « Objets inanimés, avez-vous donc une âme ? ». Certains spécialistes des câbles souterrains de transport sont convaincus que les câbles en ont une et ils aiment à effectuer un parallèle entre l’évolution du comportement des câbles et la vie des êtres vivants.

En ce qui concerne le comportement des câbles, on parle de la « vie » d’un câble et on distingue progressivement trois périodes dans cette vie, en fonction du taux de défaillance : la période de « jeunesse », la période de « maturité » et la période de « sénilité » (voir graphe ci-contre). Malgré tous les soins apportés à la réalisation de ces liaisons, le nombre d’avaries rencontrées est très important lors des premières années d’exploitation. Ce taux de défaillance élevé correspond à une période où s’éliminent les échantillons de durée de vie brève, échantillons qui correspondent généralement à des défauts de fabrication. Dans un deuxième temps, au bout de quelques années, ce taux décroit et se stabilise : c’est la période d’âge mûr du câble. Les défauts qui surviennent sont dus à des agressions externes ou à des phénomènes indépendants du vieillissement du câble. Cette période est la plus longue dans la vie d’un câble.

Enfin, la troisième période, dite troisième âge, est celle où le taux de défaillance est croissant. Les phénomènes de vieillissement interviennent de plus en plus et des politiques de remplacement doivent être mises en place pour améliorer le fonctionnement général du réseau.

Ce découpage de la vie d’un câble est une tendance générale. Certains des câbles installés ont largement dépassé la moyenne d’âge des câbles de leur génération. Leur doyen, âgé de 86 ans, est toujours en bon état de fonctionnement.

En ce qui concerne les défauts internes, le comportement d’un câble et l’origine des avaries dépendent des technologies de câble.

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L’installation de câbles de tension 63 kV autour de Paris est une innovation majeure dans les années 1920. Entre 1922 et 1923, la longueur de liaisons souterraines 63 kV mises en service passe de 0 à 76 km et atteint 300 km en 1930. Toutes ces liaisons de transport étant tripolaires, un kilomètre de liaison contient en réalité trois kilomètres de câbles. Ce sont donc 900 km de câbles 63 kV qui sont en service en 1930.

Pour la première année, sur les seuls 76 km de liaisons, on compte 30 claquages.

Soit un claquage par an tous les 2 500 mètres de liaison.

Après une période de 5 ans marquée par un taux de défaillance important, celui-ci se stabilise à partir de 1927 à une moyenne d’un claquage annuel tous les 12,5 km. C’est la période de maturité du câble. Cette période est quelque peu perturbée par les dégâts subis pendant les bombardements de la région Parisienne entre 1940 et 1944.

Le bon fonctionnement général de ces câbles traduit le succès de ce réseau novateur.

Enfin, à partir des années 1960, les phénomènes de vieillissement interviennent et le taux de défaillance augmente.



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53 ans
moyenne d’âge
des câbles au
papier
imprégné

Les câbles au papier imprégné sans pression, une technologie vieillissante

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Une partie importante des claquages touche les câbles au papier imprégné sans pression en fin de vie. Ces câbles ont une moyenne d’âge de plus de 50 ans (53 ans en 2011). En 2007, les câbles au papier imprégné représentent 71 % des avaries alors qu’ils ne constituent que 25 % des câbles en fonctionnement. Les campagnes de relève et la mise hors conduite des câbles de technologie PI, ont conduit à une baisse du nombre d’avaries. En 2010, cette technologie représente 41 % des avaries avec 15 % du parc.

Les câbles au papier imprégné sans pression sont le siège de nombreux défauts situés principalement en plein câble. Ces claquages sont principalement dus au vieillissement naturel des câbles et parfois aux défauts de fabrication constatés chez certains fabricants.

  • Le vieillissement
  • Le vieillissement est un phénomène essentiellement dû à la température. Il est d’autant plus marqué que les cycles de fonctionnement sont répétés et la température élevée. Le vieillissement de l’isolant en papier imprégné et de l’écran métallique sont les deux phénomènes entraînant le claquage de ces câbles.

  • Le vieillissement de l’isolant
  • Le vieillissement de l’isolant se traduit par une dégradation de la matière d’imprégnation et la fragilisation du papier. La dégradation des performances d’isolation, caractérisée par l’apparition d’arborescences sur le papier, peut conduire jusqu’au claquage.

  • Le vieillissement des écrans de plomb
  • La pénétration d’humidité par vieillissement des écrans de plomb est aussi un facteur d’avaries. Son bon comportement mécanique place le plomb en première position pour la réalisation des écrans de câbles. Cependant, soumis de façon prolongée et régulière à des températures un peu élevées, le plomb tend à se recristalliser. Ce phénomène crée des fissures et entraîne la perte des propriétés d’étanchéité du plomb.

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Les câbles sous pression d’huile ou de gaz sont sujets aux fuites

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Le phénomène de vieillissement de l’isolant n’est pas significatif pour ce type de câbles. Il est quasi inexistant dans le cas des câbles à pression d’huile car le maintien en pression de l’isolation principale évite sa dégradation. Les avaries sont constituées, pour l’essentiel, par des fuites d’huile affectant des câbles à huile fluide ; elles sont généralement dues à des fatigues localisées de la gaine de plomb, provoquées par des contraintes thermomécaniques, des vibrations ou la corrosion. Sur les câbles à gaz, en cas de claquage, la propagation d’une onde sonore dans le câble peut provoquer des dégâts sur les extrémités. C’est l'une des raisons qui ont poussé à l’abandon de cette technologie.

Les câbles oléostatiques, sous tube acier, sont robustes et résistent bien aux contraintes de l’environnement. Hors défauts de fabrications latents ou agressions, la plupart des avaries sont liées à l’emballement thermique. La pression de l’huile assure la qualité de l’isolation. Les liaisons sont protégées contre les avaries provoquées par une absence de pression par une alarme qui déclenche la mise hors tension de la liaison en cas de baisse de pression.

Si leur taux d’avarie est l'un des plus faibles, leur réparation est relativement longue (jusqu’à deux mois).

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Les câbles à isolation synthétique restent exposés à la pénétration d'humidité

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Le seul véritable phénomène connu sur les câbles à isolation synthétique est lié à la pénétration d’humidité, principalement sur les premières générations de câbles secs à écran cuivre non étanche. Des barrières d’étanchéité sont ensuite mises en place sur les générations suivantes de câbles à isolation synthétique.

En 225 000 V, les claquages observés sur les liaisons à isolation synthétique sont souvent consécutifs à des défauts de montage, notamment au niveau des extrémités et des jonctions.

L’instabilité thermique

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La puissance limite transmissible par un câble souterrain dépend des phénomènes thermiques liés aux pertes et aux caractéristiques thermiques des sols. La température maximale de fonctionnement est limitée par les matériaux d’isolation.

Ainsi, sur les câbles au papier imprégné sans pression, la température maximale admissible au niveau de l’âme conductrice est de 60 °C. Elle est de 80 °C sur un câble oléostatique et de 90 °C sur la dernière génération de câbles à isolation polyéthylène réticulé. Au-delà de cette température imposée par la technologie, des points chauds peuvent entraîner des claquages par vieillissement et instabilité thermique.

Les études préalables à la réalisation d’une liaison permettent de déterminer la technologie de câble et la section des conducteurs. Les paramètres pris en compte sont la tension de service, le régime de charge mais aussi l’environnement de la liaison (résistivité thermique des sols, profondeur, voisinage d’autres sources de chaleur…).

Or, il arrive que l’environnement d’une liaison subisse des modifications au cours de sa vie. Dans ces cas précis, la liaison fonctionne en dehors du cadre pour lequel elle a été conçue lors des études.

Le dépassement des valeurs d’origine ayant servi au dimensionnement de la liaison peut entraîner rapidement la montée en température du câble au-dessus de la valeur nominale admissible. L’augmentation incontrôlée de la température du câble en dehors des limites d’étude entraîne un dessèchement et une augmentation de la résistivité du sol, ne permettant plus d’assurer la dissipation de chaleur. Ce phénomène est appelé emballement thermique.

Les agressions de câbles

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Les câbles électriques sont également soumis à d'autres contraintes mécaniques permanentes ou accidentelles. Les principales étant l’écrasement des câbles, l’affouillement, l’atteinte directe des câbles, la construction d'ouvrages à proximité des câbles.

Évidemment, les blessures mécaniques touchent indifféremment toutes les technologies de câbles. Elles sont en général à l'origine de nombreuses avaries de câbles (défauts de gaines, fuite d'huile ou de gaz, pénétration d'humidité dans les câbles isolés au papier imprégné et au polyéthylène, câbles arrachés, etc.). Celles-ci mettent en péril la vie des personnes travaillant à proximité des câbles. Face à ces risques, en 1965, le formulaire de « DICT » (Déclaration d’intention de commencement de travaux) est créé, afin que les entreprises voulant effectuer des travaux souterrains puissent connaître l’éventuelle présence d’ouvrages à proximité.

En 1990, la fonction de contremaître environnement est créée au sein des équipes de maintenance des câbles. Son rôle est de conseiller les entreprises envisageant d’effectuer des travaux à proximité d’ouvrages HTB souterrains.

Au total, dans les années 1970, on comptait en région parisienne entre 20 et 30 atteintes directes des câbles par an sur le réseau de transport lors de travaux. En 2010, on en compte dix, alors que parallèlement le réseau s’est considérablement développé. Dans l’ensemble de la région parisienne, il est passé de 650 km de liaisons en 1975 à 1 450 km en 2010.

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Une nette diminution du taux d’avaries

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On voit ici que des avaries peuvent survenir sur les câbles, les rendant indisponibles pendant plusieurs jours. Cependant, la sécurité d’alimentation en électricité de la ville de Paris est l’objectif qui guide les décisions d’organisation du réseau parisien depuis ses origines. Depuis longtemps, cette sécurité est garantie par un réseau organisé selon une structure et des modes d’exploitation spécifiques.

Le réseau offre une bonne sécurité d’alimentation vis-à-vis des incidents de grande ampleur : depuis l’événement national du 19 décembre 1978, qui a plongé les trois quarts de la France dans le noir, il n’y a pas eu de coupure généralisée sur l’ensemble de l’Île-de-France.

Les investissements et l’amélioration de la fiabilité des câbles, conjugués avec les politiques de maintenance mises en place, conduisent à la diminution du taux d’avaries. Ainsi, en région parisienne, le taux d’avaries atteignait 0,24 avarie par km en 1976, soit une avarie tous les 4,2 km en moyenne. En 2010, ce taux est légèrement inférieur à 0,015, soit une avarie tous les 67 km en moyenne.

La seconde Guerre Mondiale

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Le réseau électrique représente un enjeu stratégique et sa destruction permet de gêner considérablement l’activité économique et industrielle des villes touchées et l’organisation des troupes allemandes.

Le réseau de transport d’électricité, de la même façon que le réseau de transport ferroviaire, constitue une cible prioritaire pour les résistants et l’aviation alliée. Même si les postes de transformation sont principalement visés, les liaisons électriques sont également des cibles de choix. Plus facilement accessibles que les moyens de production, leur destruction ne compromet pas de manière durable la reconstruction d’après-guerre.

La « guerre électrique »

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Les installations électriques font ainsi l’objet d’attaques incessantes. En décembre 1943, face à l’augmentation des incidents, un corps de police spécial, chargé de la garde des installations électriques, est créé par le ministère de la Production Industrielle et du Travail pour protéger les postes de transformation et les liaisons électriques aux périphéries des grandes villes, dont Paris.

Malgré cela, le nombre de sabotages d'installations électriques est très important, surtout en 1944, où la connexion avec le Massif Central, zone majeure de production d’énergie hydroélectrique, est interrompue à plusieurs reprises. En août 1944, l’ensemble du réseau est déréglé par les actions de destruction.

En particulier, Marcel Paul, ouvrier mécanicien et résistant très actif dans le secteur de l’énergie électrique, connaissait l’enjeu des liaisons électriques. D’après son témoignage, lors de son arrestation en novembre 1941, il planifiait la destruction des câbles souterrains reliant l’usine de Saint-Ouen à Paris.

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Le poste de Chevilly est le point d’arrivée de l’énergie hydroélectrique en provenance du Massif Central et des Pyrénées, et le point de départ d’une partie des liaisons souterraines à destination de Paris. Il constitue, avec les postes de Fallou (Gennevilliers) et de Villevaudé, l'une des trois sources assurant l’alimentation électrique de Paris. Il assure également l’alimentation de la ligne ferroviaire Paris-Orléans utilisée par les Allemands pour d’importants convois militaires.

Le 3 octobre 1943, un raid aérien vise le poste de Chevilly. Le groupe « Lorraine », appartenant aux Forces Aériennes Françaises Libres, basé en Angleterre, effectue un bombardement afin de détruire ce point stratégique. Pierre Mendès France, membre de l’équipage, racontera par la suite le déroulement de l’attaque.

L’emplacement du poste, en pleine agglomération parisienne, et la volonté de limiter le nombre de victimes civiles obligent les 12 avions du groupe à effectuer un bombardement à très basse altitude. Au total, près de 25 bombes sont larguées à proximité du poste électrique.

Une majorité des transformateurs sont détruits et les départs des câbles souterrains 63 000 V à destination d’Arcueil, Villejuif, Tolbiac et Arrighi sont endommagés.

Bien que la destruction du poste électrique soit un succès, le nombre de victimes est important. Un avion touché par les canons anti-aériens allemands préfère se diriger dans la Seine afin d’éviter d’éventuelles victimes supplémentaires causées par une tentative d’atterrissage dans l’agglomération parisienne.

Il s'écrase dans la Seine après avoir percuté le pont de Tolbiac, tuant les quatre membres de l’équipage. On compte également 14 victimes civiles dans une maison touchée par une bombe, à proximité du poste de Chevilly.

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En 1944
une moyenne
de 40 avaries
sur les
câbles

Perturbations sur le réseau pendant l’année 1944

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Les actions de l’été, automne et hiver 1944 perturbent considérablement le fonctionnement du réseau d’interconnexion. De mai à septembre 1944, les dégâts sur les lignes sont tels que les centrales hydroélectriques, principales zones de production d’électricité en France, ne sont plus connectées au réseau d’alimentation de la région parisienne.

Cependant, alors que les lignes aériennes et les postes de transformation font l’objet d’attaques ciblées, les coupures des liaisons souterraines sont généralement liées à la destruction de leur environnement. La destruction des câbles n’est pas toujours volontaire.

Sur l’ensemble du réseau 63 000 V, 57 claquages, dont 40 en 1944, sont la conséquence des bombardements dans la région parisienne. De plus, ceux-ci entraînent parfois la détérioration du câble sans claquage immédiat. Jusqu’en 1946, des câbles connaissent des avaries en raison des dégâts qu’ils ont subis pendant la guerre.

Ainsi, de juin à août 1944, alors que la France est devenue un champ de bataille, le câble 220 000 V reliant Ampère à Clichy-sous-Bois est victime des bombardements le 22 juin et le 7 août 1944 à Saint-Denis. Ils entraînent respectivement la coupure de deux gaines de plomb et la coupure d’une phase. De la même façon, le sabotage du pont de l’Union à Aulnay-sous-Bois, le 14 août 1944, provoque la coupure du câble à la traversée du canal de l’Ourcq. La destruction de ce câble acheminant l’énergie produite dans les Alpes et l’est de la France participe à la dégradation des conditions d’alimentation de Paris en électricité.

Les conséquences de l’occupation

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Durant l’Occupation, l’exploitation du réseau électrique se limitera à l’entretien curatif. Durant sept ans, entre 1939 et 1946, la longueur totale de câbles reste plafonnée à 400 km. Ce n’est qu’à partir de 1947 que le développement du réseau reprend.

Au mauvais état du réseau électrique s’ajoutent les prélèvements allemands sur la production française et la crise charbonnière. De plus, des priorités sont établies par les autorités quant à l’alimentation de l’industrie au détriment de la consommation domestique. L’Occupation est donc marquée par des restrictions de consommation qui se feront plus pressantes entre 1943 et 1944. La diminution de l’éclairage et l’interdiction progressive de l’utilisation des appareils électriques modifient l’apparence nocturne de la ville et les modes de vie des citadins.

Les conséquences de l’Occupation et des affrontements sont telles que la crise du secteur électrique se prolongera jusqu’en 1949, bien au-delà de la fin de l’Occupation en 1944. La vie des Parisiens sera rythmée par des coupures électriques à répétition et des restrictions d’usage.

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Chapitre 5 : Des hommes au service du réseau

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Pour assurer la continuité d’alimentation, les opérations de maintenance ont été confiées dès les années 1960 à des équipes spécialisées. Au fil du temps, leurs missions ont évolué de la réparation des avaries à une maintenance préventive planifiée.

De 300 avaries par an dans les années 1960 à moins de sept aujourd’hui

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Le réseau souterrain haute tension commence à se développer à partir des années 1920. Durant les premières décennies, les exploitants possèdent des groupes chargés de la maintenance du matériel électrique mais aucune équipe n’est alors spécialisée dans les câbles électriques à haute tension. Les liaisons sont mises en service par les constructeurs (câbliers) et ceux-ci interviennent directement, à la demande de l’exploitant, en cas d’avarie constatée sur leur câble. La maintenance se réduit à des réparations (maintenance curative).

Au cours des années 1960, le réseau parisien subit près de 300 avaries annuelles et les constructeurs sont alors dépassés par leur nombre. De plus, devant la complexité des techniques et la diversité des technologies en service, les exploitants du réseau prennent conscience de l’importance de la capitalisation des savoir-faire. Des hommes capables d’effectuer des réparations sur l’ensemble des câbles du réseau sont formés et des équipes spécialisées, dédiées aux câbles haute tension souterrains, sont ainsi créées.

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Des équipes spécialisées

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Ces équipes, constituées d’une douzaine de personnes, sont implantées en région parisienne puisque la majorité des liaisons souterraines de France s’y trouvent. Leur mission est d’entretenir le réseau afin de répondre à la nécessité croissante de continuité du service de la distribution d’énergie électrique. Cela permet également de regrouper les connaissances jusqu’alors partagées entre les monteurs de câbles des différents fournisseurs. Les membres de ces équipes sont en effet capables d’intervenir, en cas d’avarie, sur tous les câbles, quel que que soit le fabricant. Leur particularité est d’assurer l’ensemble des travaux liés à la maintenance des câbles. Afin d’ouvrir des tranchées, le tiers de l’équipe est constitué de terrassiers qui sont aussi aide-monteurs, assistant les monteurs dans leurs activités quotidiennes.

Certains terrassiers exercent cette activité durant toute leur carrière dans l’entreprise, d’autres deviennent câbleurs grâce à l’expérience qu’ils ont acquise. Les terrassiers sont inclus dans les équipes câbles jusqu’en 1976. Ensuite, les travaux de terrassement sont confiés aux entreprises spécialisées dans ce type d’activités. Aujourd’hui, les équipes câbles sont constituées uniquement de spécialistes du câble et de ses accessoires.

À partir de 1962, face au nombre croissant d’agressions, la décision est prise d’effectuer des visites de tracé semestrielles pour détecter les chantiers ouverts susceptibles d’engendrer des dégâts.

Le 1er Janvier 1970, le réseau de la région parisienne est divisé en trois zones : nord-ouest, sud-ouest et est. Chaque zone est à la charge d’un groupe d’exploitation. Une « équipe câble » est intégrée à chaque groupe d’exploitation. Cette division géographique est encore en place aujourd'hui.

Dans les années 1970, le constat est fait que bon nombre d’avaries pourraient être évitées par un simple contrôle permettant de détecter des anomalies annonciatrices de futurs claquages. Une planification relative à l’entretien préventif des matériels composant les liaisons souterraines est mise en place : la maintenance préventive est née.

Selon les types de câbles, celle-ci préconise d’effectuer des visites systématiques à différentes fréquences : visite de protections cathodiques et des revêtements des tubes acier, visite des accessoires (boîtes d’extrémités, raccords, réservoirs, stations) et des ouvrages d’art (ponts, passerelles, galeries). Les visites peuvent être hebdomadaires, mensuelles, semestrielles ou annuelles. Certains matériels sont remplacés périodiquement.

Apparition du contremaître environnement

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Cependant, malgré cette planification, les équipes câbles restent sollicitées par un nombre important d’avaries : la maintenance préventive reste marginale au profit de la maintenance curative.

Dans les années 1980 et 1990, les câbles au papier imprégné arrivent en fin de vie et subissent de nombreuses avaries. Un budget important est investi en relèves de câbles pour remplacer les tronçons les plus affectés. Le critère de trois avaries la même année conduit au remplacement systématique du tronçon sur les trois phases. Ces relèves portent leurs fruits, chaque équipe subit ainsi moins d’une trentaine de claquages à l’année.

À la même période, le nombre d’agressions reste élevé.

Il est décidé de créer une activité spécifique dans les équipes concernant la surveillance des chantiers tiers : le contremaître environnement. Le résultat est immédiat, le nombre d’agressions décroît de 42 à 15 par an. Les relèves continuent jusqu’en 2000 et permettent d’assainir complètement le réseau souterrain.

Actuellement, chaque équipe compte entre cinq et sept avaries par an.

L’entretien systématique, associé à la surveillance rigoureuse des travaux effectués à proximité des câbles, permettent de réduire le taux d’indisponibilité des liaisons.

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Le domaine d’activité des câbleurs est non seulement d’ordre électrique, mais aussi hydraulique et mécanique. La confection des jonctions et des extrémités requiert des gestes d'une très grande précision. En raison de sa spécificité, aucune formation ne permet d’apprendre ce métier à l'école. Par conséquent, certains câbleurs ont été recrutés directement chez les monteurs de câbleries ou sont issus d’une formation d’apprentissage aux côtés de câbleurs expérimentés. Plusieurs années de pratique quotidienne sont nécessaires avant de devenir un « câbleur » capable d’effectuer des réparations sur tous les types de matériels.

Le câbleur est susceptible d’intervenir sur des câbles mis en service entre les années 1920 et aujourd’hui. Il peut donc avoir à effectuer les mêmes gestes qu’un câbleur d’avant-guerre lors de la réalisation des jonctions sur un câble au papier imprégné, par exemple. Parallèlement, il intervient sur des câbles de dernière génération et utilise des méthodes modernes.

Ainsi, seules quelques dizaines de personnes exercent cette activité en France. La maîtrise des compétences et la transmission des savoirs sont indispensables pour assurer la pérennité de la maintenance.

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Les GET d’Ile-de-France

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Aujourd’hui, ces équipes sont appelées « Équipes Maintenance Spécialisée Câbles » (EMSC) et appartiennent aux groupes d’exploitation appelés GET (Groupes d’Exploitation Transport). Basées à Gennevilliers, Guyancourt et Vitry-sur-Seine, ces trois équipes, uniques en France, sont constituées chacune de 12 ou 13 agents. La moitié des activités des équipes concerne des travaux de réparation. Le solde est consacré à la maintenance préventive ou la surveillance des tracés. Par ailleurs, même si une majorité des liaisons souterraines reste située dans la région parisienne, un nombre croissant de liaisons se développe en province. Les membres des équipes câbles sont amenés à faire profiter les autres régions de leur savoir-faire pour la réparation de liaisons. Ces opérations en régions représentent environ 10 % des activités.

Les activités des équipes

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En cas d’avarie sur un câble souterrain, les équipes câbles sont immédiatement mises à contribution. À la suite d’un déclenchement, un claquage peut être diagnostiqué. Il faut alors rechercher l’emplacement du défaut puis procéder à la réparation avant la remise en service de la liaison. Avant de localiser précisément l’emplacement du défaut, il est nécessaire de procéder à une prélocalisation. Celle-ci permet de déterminer la distance qui sépare le défaut de la tête de câble ou d’une extrémité, mais ne permet pas de situer précisément l’endroit exact du défaut.

Jusqu’en 1948, toutes les méthodes de prélocalisation de défauts se rapportent à des mesures comparatives, soit de capacités, soit de résistances, basées sur le pont de Wheatstone. Ces méthodes comparatives conservent le monopole dans le domaine de la prélocalisation jusqu’en 1975.

À partir de 1947, la localisation précise est effectuée par l’écoute du bruit résultant de l’amorçage du défaut sous les ondes de choc produites à l’une des extrémités de la phase en défaut. En 1965, les équipes d’entretien des câbles sont munies d’une camionnette comportant un générateur haute tension émettant des impulsions grâce à des condensateurs chargés à courant continu. Des agents se déplaçant le long de l’emplacement présumé du défaut procèdent alors à l’écoute de l’amorçage. Cette écoute se fait à l’origine par des stéthoscopes constitués d’une tige en laiton, puis les sismophones à mercure, plus sensibles, permettent de gagner en précision. Enfin, les années 1975 apportent l’échométrie, méthode de prélocalisation fondée sur la réflexion d’ondes électriques au changement d’impédance caractéristique créé par le défaut.

La connaissance de la vitesse de propagation de l’écho créé par le défaut permet d’en déduire une première prélocalisation. Le défaut est, en général, localisé à quelques dizaines de centimètres près, grâce à la localisation fine. Une fois le défaut localisé et les démarches administratives achevées, le terrassement est effectué afin d’accéder au câble défectueux.

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Une jonction différente selon les cas

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Puis il est procédé au remplacement d’une à trois phases, en fonction des dégâts constatés, sur une longueur de quelques mètres de part et d’autre de l’emplacement du claquage. Les phases sont coupées et remplacées, si possible, à l’identique. Cela implique la réalisation de deux jonctions sur chaque phase, soit un total de deux à six jonctions. Le mode de confection d’une jonction varie en fonction :

  • du niveau de tension (essentiellement 63 000 V et 225 000 V dans la région parisienne). En 225 000 V, la technique de jonction est très élaborée,
  • de la nature de l’isolation (polyéthylène, papier imprégné sans pression, à huile fluide, oléostatique ou à gaz),
  • du type de jonction. Chaque constructeur possède sa technologie propre : moulé, rubané ou prémoulé,
  • de la nature et de la section du conducteur. Les deux conducteurs peuvent être raccordés par différents types de soudures et par un serre-fil, lui-même soudé ou serti.

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Une multitude de combinaisons

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De nombreuses combinaisons sont possibles et le nombre de modes opératoires à maîtriser est donc très important. De plus, certaines techniques sont incompatibles entre elles. Cette diversité existe aussi pour le montage des extrémités.

Jusqu’à la mise au point des jonctions mixtes 63 000 V (1983-1984), permettant de réaliser la jonction entre un câble à isolation papier et un câble à isolation synthétique, en cas d’avarie sur un câble à isolation papier, il est inévitable de remplacer le tronçon défectueux par un câble de même technologie. Pour cette raison, du câble à isolation papier imprégné a été utilisé sur certaines relèves bien que la technologie soit supplantée à partir de 1963 pour les liaisons nouvelles.

Au fur et à mesure du passage aux câbles à isolation synthétique, les constructeurs abandonnent progressivement la fabrication systématique des câbles à huile. Pour pouvoir effectuer des relèves en remplaçant le câble d’origine par un câble compatible dans les meilleurs délais, EDF constitue des stocks propres à partir de 1982.

Pour les liaisons oléostatiques, la réparation d’un défaut en plein câble nécessite un travail exceptionnel en continu pendant un à deux mois, jour et nuit. Ce type de technologie est très présent sur les radiales parisiennes qui représentent un enjeu fort dans l’alimentation de Paris. Leur comportement général est très bon, mais en cas d’avarie, leur réparation s’avère très lourde.

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La technique de congélation de l’huile de câble

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En cas de claquage, il n’est pas envisageable de vider complètement l’huile de toute la liaison. Le tube contient les trois phases et 13 litres d’huile au mètre sous 15 bars de pression. Des bouchons sont donc créés de part et d’autre, une fois le défaut localisé, en congelant l’huile par de la neige carbonique, à -78 °C. Suivant le profil, on procède à une ou deux congélations successives, afin de bloquer complètement la circulation d’huile. Ce bouchon doit être entretenu jour et nuit durant toute la durée de réparation. Une fois les deux bouchons créés, il est possible d’intervenir sur la portion en avarie en ouvrant le tube acier et en procédant à la relève. Les trois phases sont remplacées en utilisant le même type de câble à isolation papier, dont les stocks ont été reconstitués en 2004 par une fabrication spéciale.

Autres opérations possibles

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Dans la plupart des cas, le défaut électrique constitue l’avarie nécessitant le plus de travail. Mais les équipes câbles peuvent aussi être amenées à effectuer d’autres opérations de maintenance curative sur les fuites d’huile, les fuites de gaz, les défauts de gaines ou les défauts de protection cathodique.

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Bibliographie

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    La Revue Industrielle, Ernest Mercier, 1922.
  • Les câbles triphasés à 60 000 V de la CPDE,
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  • Le réseau et les postes d’interconnexion à 220 000 V de la région parisienne,
    H. Josse et M. Laborde, 1936.
  • Les câbles à 220 000 V de la région parisienne,
    CIGRE, Maurice Laborde, 1947.
  • L’électricité à Paris,
    Charles Malégarie, 1974.
  • Câbles électriques isolés, Câbles de transmission d’énergie,
    École Centrale Lyonnaise, L. Domenach, 1947.
  • L’évolution dans la technique des canalisations souterraines à très haute tension en France. Le programme de recherches expérimentales de la station de Fontenay,
    CIGRE, Maurice Laborde et Roger Tellier, 1950.
  • Canalisations électriques souterraines, Pose des câbles, montage des accessoires, Électricité de France,
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  • Canalisations électriques souterraines, Les câbles spéciaux sous pression, Électricité de France,
    J. Rollin, octobre 1955.
  • Canalisations électriques souterraines, Les câbles de transport d’énergie, Généralités, Câbles isolés au papier imprégné, Électricité de France,
    A. Cariot, octobre 1955.
  • Canalisations électriques souterraines, Les câbles sous pression d’huile fluide, les câbles isolés à la toile vernie, les accessoires de réseau, Électricité de France,
    A. Cariot, octobre 1955.
  • Les câbles de transport d’énergie, École supérieure d’Électricité,
    R. Tellier, 1968.
  • Câbles électriques et conducteurs isolés, École supérieure d’Électricité,
    R. Laroche, 1968.
  • L'énergie électrique dans la région parisienne entre 1878 et 1946,
    Thèse de doctorat d’État, Alain Beltran, 1995.
  • The History of Electric Wires and Cables,
    P. Peregrinus, R. Black, 1983.
  • Du papier imprégné aux isolants synthétiques dans les câbles d’énergie,
    Jicable, Robert Arrighi, EDF/CER, Clamart, France, 1984.
  • Création et développement du réseau électrique parisien 1878-1939,
    A. Beltran, 1990.
  • Les réseaux d’électricité parisiens,
    Pierre Vautier, 1990.
  • Transport d’énergie et télécommunications – 40 ans d’histoire d’un grand service d’EDF
    par René André et Jean Ravel, janvier 1991.
  • Réseaux électriques et installateurs,
    Actes du 8e colloque de l’AHEF, 14-16 octobre 1992.
  • Histoire générale de l'électricité en France,
    2, L'Interconnexion et le marché, 1919-1946 / publ. par l'Association pour l'histoire de l'électricité en France ; Maurice Lévy-Leboyer et d'Henri Mossel ; A. Barjot, A. Beltran, [et al.], 1994.
  • Contribution à l'écriture de l'histoire des câbles de transport d'énergie,
    Kamel Ferkal, 1996.
  • Les Entreprises du secteur de l’énergie sous l’Occupation,
    Broché, Denis Varaschin, 2006.