Transformer les infrastructures d'énergie grâce à la supraconductivité

Nexans a participé à la 17ème edition de la Conférence Européenne dédiée à la Supraconductivité (EUCAS: European Conference on Applied Superconductivity) qui s’est tenue du 22 au 25 septembre au Portugal. Depuis plus de trois décennies, EUCAS est un événement majeur facilitant la diffusion, la discussion et l'échange de connaissances sur les avancées et les développements de pointe dans plusieurs domaines de la supraconductivité.

La supraconductivité a révolutionné plusieurs applications scientifiques et technologiques, notamment dans les domaines de la santé, de l'énergie, de la recherche et calculs complexes, parmi tant d'autres. Le vieillissement et la surcharge des réseaux électriques exigent des solutions innovantes, et les câbles électriques supraconducteurs constituent une alternative très intéressante. De par leur capacité de transmission exceptionnellement élevée et leur conception compacte, ces câbles sont particulièrement utiles dans les zones urbaines où l'espace est limité. Leur diamètre réduit leur confère un avantage significatif par rapport aux systèmes de câbles conventionnels.

Nexans est le leader mondial de la conception et de la fabrication de systèmes de câbles supraconducteurs et de limiteurs de courant de défaut supraconducteurs (SFCL), fournissant des solutions supraconductrices de bout en bout, du concept initial au déploiement et à la mise en service - tout en nous appuyant sur des services et une assistance spécialisés. EUCAS 2025 a permis une nouvelle fois de mettre en avant cette expertise et de montrer comment cette technologie peut contribuer à façonner l'avenir des réseaux et des infrastructures électriques.

Révolutionner les réseaux de transmission d’énergie

La supraconductivité est de plus en plus utilisée dans les applications industrielles, avec un potentiel notable pour remodeler et révolutionner les réseaux de transmission d’énergie, y compris les réseaux ferroviaires.

Au cours de la session « Projets industriels sur les câbles électriques supraconducteurs : stimuler l'innovation et l'adoption », plusieurs avancées majeures ont été présentées concernant l’adoption progressive et croissante des câbles supraconducteurs, parmi lesquelles le dernier projet SuperRail.

Arnaud Allais a présenté la phase finale du projet SuperRail : la mise en service du câble supraconducteur installé à la gare Montparnasse à Paris. Une réalisation marquante qui illustre le parcours depuis la conception et la R&D jusqu'à la production et l'installation, tout en répondant aux défis du réseau ferroviaire et aux exigences de sécurité strictes de l'une des gares les plus fréquentées de Paris.

La supraconductivité présente de nombreux avantages qui permettront de transformer les infrastructures ferroviaires. L'intégration de câbles supraconducteurs et de limiteurs de courant de défaut permet au secteur ferroviaire d'améliorer son efficacité, d'augmenter sa capacité et de soutenir les objectifs de développement durable, contribuant ainsi aux efforts mondiaux de décarbonation et à la transition énergétique à plus grande échelle.

Faciliter l'intégration des énergies renouvelables dans le réseau électrique

Les réseaux supraconducteurs peuvent faciliter l'intégration de sources d'énergie renouvelable à grande échelle, telles que les parcs éoliens en mer et les centrales solaires éloignées, en permettant une transmission de l'énergie sur de longues distances avec des pertes limitées. Cette technologie permet de réduire les contraintes liées à la localisation géographique des ressources énergétiques renouvelables.

Les nouveaux actifs de production, notamment les sources d'énergie renouvelable comme l'éolien et le solaire, sont généralement implantés dans des zones isolées, ce qui nécessite la mise en place de nouvelles infrastructures de réseau dans des environnements auparavant non développés. L'actif le plus complexe et dont le délai de mise en œuvre est le plus long dans le domaine de la transmission longue distance est la plateforme de conversion offshore à courant continu haute tension. Les câbles supraconducteurs offrent deux solutions pour éviter à cet actif de transporter plusieurs gigawatts d'électricité sur 50 km et plus.

Le premier cas intéressant est celui du transfert de courant continu haute puissance à moyenne tension (MVDC). La capacité de courant élevé du supraconducteur permet de réduire la tension tout en maintenant ou en augmentant le niveau de transfert de puissance. Le principe consiste à collecter le courant continu provenant des ressources renouvelables au niveau de tension le plus adapté, les productions éolienne et solaire étant naturellement en MVDC tout au long de la chaîne de conversion. Tout le courant continu est collecté et concentré dans les câbles d'export MVDC.

Ce cas est traité dans le cadre du projet Horizon Europe intitulé SCARLET. Le projet a été présenté par le SuperGrid Institute et a mis en avant les progrès réalisés par tous les partenaires, y compris Nexans, notamment dans la production de câbles supraconducteurs HTS et d'accessoires conçus pour répondre aux exigences de densité de puissance élevée.

Façonner les infrastructures numériques grâce à la supraconductivité

Le maintien de la résilience des infrastructures critiques telles que les centres de données est également une priorité absolue, car ils sont de grands consommateurs d'électricité et sont confrontés à des défis croissants liés à la modernisation, à la durabilité et à la fiabilité de l'approvisionnement énergétique. La demande de services numériques monte en flèche. Dans le contexte actuel où les données sont devenues une ressource précieuse, les datacenters (centres de données) représentent le noyau de l'infrastructure numérique.

Les datacenters hyperscale (centres de données de très grande taille), ayant une capacité de plusieurs gigawatts, émergent pour répondre à la demande croissante en services informatiques, notamment en raison de l'IA, des services cloud et de l'analytique avancée. Ces nouvelles installations redéfinissent les limites de l'infrastructure électrique traditionnelle, tant à l'intérieur qu'à l'extérieur du centre de données.

Les centres de données de nouvelle génération visent à atteindre des niveaux de puissance supérieurs à un gigawatt. Le passage de la haute ou moyenne tension à la basse tension, nécessaire pour alimenter les processeurs et processeurs graphiques, entraîne inévitablement une augmentation significative du courant électrique afin de répondre à la demande globale du centre de données. Cette nouvelle génération de centres de données nécessite donc la supraconductivité, qui offre une solution efficace unique par rapport aux technologies conventionnelles pour relever ces défis industriels et informatiques.

• Au-delà de leur puissance et de leur compacité, les câbles supraconducteurs offrent des avantages électriques majeurs. Leur résistance électrique nulle signifie que la longueur du câble ne limite plus l'alimentation électrique des serveurs - quelle que soit la distance à la source d’alimentation, les performances restent inchangées. Ce qui n’est pas le cas des câbles conventionnels, où les distances plus longues entraînent des chutes de tension, réduisant ainsi l'efficacité globale du centre de données.
   
• En termes de conception, les câbles supraconducteurs intègrent un blindage électromagnétique pour empêcher toute fuite de champ magnétique. Cette compatibilité électromagnétique permet ainsi d’installer les câbles à proximité d'appareils électroniques et d'autres composants électriques sans causer ni subir d'interférences.
   
• Sur le plan thermique, contrairement aux câbles conventionnels qui nécessitent des systèmes de refroidissement actifs pour réduire les pertes, les câbles supraconducteurs sont logés dans des cryostats isolés sous vide. Cette configuration offre une excellente isolation thermique sans impact sur l'environnement.

Face à la demande croissante en alimentation basse tension et courant élevé (6 à 10 kA) dans les centres de données de nouvelle génération, les câbles supraconducteurs à haute température apparaissent comme la solution idéale. En combinant la sécurité et la simplicité des systèmes à basse tension avec la densité de puissance et l'efficacité de la supraconductivité, les câbles HTS permettent une architecture plus compacte, plus flexible et plus économe en énergie, mieux adaptée aux exigences des centres de données modernes et performants.

Ainsi, la transmission et la distribution d'électricité par supraconductivité ne constituent pas seulement une amélioration progressive, mais une avancée stratégique qui répond aux principaux défis physiques et énergétiques à l'intérieur et à l'extérieur des centres de données.

Protection des installations: amélioration de la résilience grâce aux limiteurs de courant de défaut supraconducteurs

Un avantage important mais souvent négligé de la technologie supraconductrice est son rôle dans la protection électrique, en particulier grâce à l'utilisation de limiteurs de courant de défaut supraconducteurs (SFCL).

Ces dispositifs améliorent considérablement la qualité de l'alimentation, la résilience du système et la sécurité opérationnelle dans les centres de données. En cas de court-circuit ou de défaut, les SFCL limitent instantanément et automatiquement le courant excessif sans nécessiter d'intervention mécanique.

Dans le contexte des installations à grande échelle et à l'échelle du gigawatt - où les perturbations électriques peuvent avoir des conséquences opérationnelles et financières importantes - les SFCL offrent une solution intelligente et évolutive qui assure une fiabilité 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, une infrastructure électrique à auto régénération et des besoins de maintenance réduits.

En résumé, l'intégration de limiteurs de courant de défaut supraconducteurs dans l'architecture électrique offre une approche moderne et automatisée de la protection et du conditionnement, qui répond aux besoins des centres de données) de prochaine génération.

Un avenir supraconducteur

Les avantages de la supraconductivité offrent des opportunités intéressantes en termes d’applications potentielles.

La supraconductivité, qui était auparavant réservée à la recherche, est de plus en plus utilisée dans l'industrie, offrant des possibilités importantes pour transformer les réseaux. L'intégration de câbles supraconducteurs et de limiteurs de courant de défaut permet au secteur d'améliorer son efficacité, d'augmenter sa capacité et de soutenir les objectifs de développement durable, contribuant ainsi aux efforts mondiaux de décarbonation et à la transition énergétique à plus grande échelle.

La technologie supraconductrice offre un potentiel important d'amélioration de l'efficacité et de réduction des émissions de carbone. Le déploiement de la technologie supraconductrice peut faciliter la transition vers une société à faible émission de carbone et peut contribuer de manière significative au développement d'un futur réseau électrique résilient.