Réseaux et services de transport, de distribution d’électricité résilients au changement climatique

L'effondrement des câbles électriques entraîne une perte temporaire d'énergie pour les utilisateurs et entraîne des coûts de réparation supplémentaires pour les fournisseurs d'électricité. Les tempêtes peuvent endommager les lignes électriques, et donc causer des pannes d'électricité et des pannes de courant, par impact direct ou indirect (par exemple, chute d'arbres). En outre, les tempêtes peuvent augmenter le taux d'éclairs, une autre cause de pannes de courant par des dommages aux lignes électriques. La chute d'arbres, causée par plusieurs facteurs, notamment les vents forts, l'accumulation d'eau dans le sol (ce qui facilite le déracinement), l'accumulation de neige ou l'éclairage, peut avoir le même résultat. Néanmoins, la mesure dans laquelle les précipitations et les tempêtes de vent provoquent la chute des arbres dépend de l'âge et de la circonférence des arbres en question. L’accumulation et l’accumulation ultérieure de neige sur les lignes de transport et de distribution, en particulier en présence d’une humidité élevée et de températures autour de 0 °C (la «neige humide»), peuvent provoquer la rupture des lignes électriques et l’effondrement des tours de transmission de puissance à haute tension.

Le câblage souterrain permet d'adapter les systèmes de transport et de distribution d'électricité au changement climatique, car il protège une partie essentielle de l'infrastructure des impacts susmentionnés du changement climatique. L'installation du câblage souterrain implique trois techniques prédominantes: placer le câblage dans des abreuvoirs renforcés de béton, placer les câbles dans des tunnels souterrains ou enfouir directement les câbles.

En plaçant le câblage sous terre, la plupart des conditions météorologiques défavorables auxquelles les infrastructures de transport traditionnelles sont exposées peuvent être évitées. Il s'agit en grande partie des précipitations et des tempêtes de vent. Le câblage souterrain peut alléger le besoin d'investissements supplémentaires et plus fréquents dans l'entretien et la réparation des infrastructures de transport. Les avantages attendus comprennent un approvisionnement énergétique plus sûr avec moins de pannes d'électricité liées aux intempéries, tout en réalisant des économies de coûts à long terme en raison de la réduction de l'entretien et des réparations.

Les tempêtes ne sont pas le seul danger lié au climat affectant les réseaux électriques. Les températures ambiantes très élevées, telles que celles qui se produisent pendant les vagues de chaleur, menacent la transmission et la distribution, car elles peuvent entraîner l'affaissement des lignes; leur dédouanement réduit des terres peut être dangereux pour le grand public. L'affaissement peut également entraîner un contact avec des arbres et d'autres structures, ce qui pourrait entraîner une électrocution ou des incendies. La plupart des pays européens ont mis en place des réglementations pour maintenir une distance minimale entre les lignes électriques et le sol ou les structures, afin de garantir que les cas potentiels d'électrocution ou d'incendie sont évités. Les températures ambiantes plus élevées exigent que le courant électrique qui traverse les lignes électriques aériennes doit être réduit pour éviter la surchauffe de l'équipement. Des lignes électriques plus chaudes peuvent également entraîner une diminution de l'efficacité (déclassement). Ces impacts augmentent les risques d'accidents, de coupures d'électricité et de pannes de réseau en cascade, avec des implications négatives pour la rentabilité des services publics concernés et pour le bien-être de la population touchée. Ces impacts sont aggravés par l'augmentation de la demande d'électricité, également due à l'utilisation accrue de la climatisation. Les options d'adaptation pour faire face à ces impacts comprennent:

• Installation de poteaux de lignes électriques plus élevés,
• Installation de conducteurs avec des limites de fonctionnement plus chaudes ou mise en œuvre de l’utilisation de conducteurs «low-sag».
• L'augmentation de la température minimale de conception des nouveaux itinéraires de lignes aériennes est une option particulièrement rentable, dont la réalisation augmenterait généralement la hauteur de conception des poteaux en bois de 0,5 mètre.
• Développement d'un outil logiciel pour optimiser l'évaluation des lignes aériennes.

Hormis le cas de l'optimisation logicielle, toutes les options de cette classe impliquent l'installation ou la modification d'infrastructures au sol, en milieu urbain, industriel, rural et naturel. L’interaction des parties prenantes au niveau local (avec les propriétaires fonciers, les autorités locales et le grand public) le long des itinéraires des réseaux installés/améliorés est donc essentielle pour garantir l’acceptabilité sociale et le déploiement rapide et rentable des infrastructures. Pour les câbles souterrains, la coordination avec d'autres entités de câblage peut réduire les coûts économiques et minimiser les nuisances pour les communautés locales en limitant la durée des activités de creusement au strict minimum.

Le câblage souterrain dépend de la disponibilité de la technologie et du savoir-faire appropriés en matière d'installation, de surveillance et de gestion. La coopération avec d'autres entités de câblage souterrain, telles que les entreprises de télécommunications, contribue à réduire au minimum les perturbations pour les populations par le biais d'activités de creusement, et le partage des coûts des opérations de creusement réduit les coûts supportés par chaque entité. Bien que le câblage souterrain puisse être exposé à de nouveaux risques climatiques, en particulier des inondations et des mouvements de sol liés aux glissements de terrain, ces risques restent jusqu’à présent hypothétiques. L'excavation due à d'autres activités de construction ou d'entretien représente un risque important d'endommagement des câbles souterrains installés. Ce risque peut être réduit en appliquant la numérisation et la technologie SIG aux câbles souterrains, afin d'informer les excavatrices de l'emplacement des câbles souterrains.

Une différence majeure entre les câbles souterrains et aériens est la façon dont l'isolation électrique est fournie. Les câbles aériens sont isolés par l'air qui les entoure, la solution d'isolation la moins chère et la plus simple disponible. Les câbles souterrains doivent être isolés pour éviter les pertes de puissance et les risques d'électrocution par contact direct avec le sol. La résistance électrique générée par l'isolation génère de la chaleur et donc des pertes de transmission. Cela nécessite des câbles plus grands et/ou multiples afin de compenser les pertes et un système de refroidissement (ventilation forcée, eau ou gaz) pour dissiper la chaleur. Les câbles souterrains doivent être enterrés dans des tranchées, être protégés contre les dommages accidentels et être facilement accessibles lorsque l'entretien est nécessaire. Dans l'ensemble, cela se traduit par une utilisation plus importante des terres par les câbles souterrains par rapport aux câbles aériens pendant l'installation, bien qu'une fois enterrés, l'utilisation des terres et les impacts visuels qu'ils génèrent soient considérablement plus faibles.

La maintenance des câbles souterrains est beaucoup plus complexe et coûteuse que celle des câbles aériens: «si un défaut survient sur un câble souterrain de 400 kV, il est en moyenne hors service pendant une période 25 fois plus longue que les lignes aériennes de 400 kV. Cela est principalement dû au temps nécessaire pour localiser, excaver et entreprendre des réparations techniquement impliquées. Ces travaux d’entretien et de réparation coûtent également beaucoup plus cher» (National Grid, 2015).

Enfin, il existe des limitations techniques à l'utilisation du sol à proximité des câbles spécifiques aux lignes souterraines. Outre la nécessité de réserver des terres pour sécuriser l'accès aux lignes à des fins d'entretien, il existe également des restrictions sur la plantation d'arbres et de haies au-dessus des câbles ou à moins de 3 m de la tranchée de câbles pour empêcher l'empiètement par la végétation. Les racines de l'arbre peuvent pénétrer dans le contour du remblayage du câble, ce qui peut à son tour affecter la cote du câble ou même causer des dommages physiques au câble. De même pour les lignes aériennes, la croissance des arbres est découragée et contrôlée sous les conducteurs de lignes aériennes ou à des distances où les arbres pourraient tomber sur les lignes. Il y aura également des restrictions de hauteur pour les machines ou les véhicules particulièrement élevés, tels que les équipements agricoles, à proximité des lignes aériennes pour des raisons de sécurité. Dans les zones urbaines, la surface terrestre utilisée pour les câbles enfouis dépasse de loin celle requise pour une ligne aérienne équivalente. Les câbles ont toujours été acheminés sous les routes pour éviter de soustraire des terres à d'autres utilisations; toutefois, les perturbations du trafic pendant l’enquête sur les défaillances et les réparations peuvent être importantes. Lorsque les câbles sont installés par enfouissement direct dans les zones rurales, il existe des restrictions sur l'utilisation d'équipements agricoles de culture en profondeur afin d'éviter le risque de dommages. L'enfouissement de câbles haute tension est également plus compliqué que la pose de conduites de gaz et d'eau. En outre, des baies communes souterraines, bordées de béton et plus larges que les tranchées elles-mêmes, doivent être construites tous les 500 à 1 000 m.

Pour la protection climatique des câbles aériens, une connaissance détaillée des futures conditions climatiques locales en haute résolution est cruciale afin de planifier les interventions nécessaires. Un avantage évident d'obtenir les scénarios les plus précis pour les câbles aériens est lié à la compréhension de la mesure dans laquelle ils peuvent continuer à être une option valable. Si des événements extrêmes sont prévus pour affecter de manière significative les zones dans lesquelles des réseaux câblés aériens sont installés ou prévus, un passage au câblage souterrain peut éventuellement être pris en considération. Même dans des circonstances moins extrêmes, identifier les itinéraires qui seront les moins exposés à l'avenir aux menaces susmentionnées pour le câblage aérien peut aider à planifier le développement futur du réseau.

Outre les incidences directes futures sur le climat, tant pour les réseaux souterrains que pour les réseaux aériens, il est important d’obtenir des informations sur les futures conditions du marché dans lesquelles les gestionnaires de réseau de transport (GRT) et les gestionnaires de réseau de distribution (GRD) fonctionneront.

En général, l’exploitation des câbles souterrains coûte à peu près le même prix que celle des câbles aériens (National Grid, 2015). Cependant, les coûts en capital liés à la construction de lignes souterraines sont beaucoup plus élevés que ceux des câbles aériens. Alonso et Greenwell (2013) rapportent des coûts de construction 4 à 14 fois plus élevés pour les câbles souterrains sur la base d’une étude de 2011 de la Commission de la fonction publique du Wisconsin. Les coûts réels dépendent toutefois des caractéristiques géologiques et géographiques de l’itinéraire des câbles, de la méthode d’installation (l’installation du tunnel coûte plus que l’enfouissement direct), de la capacité de transmission de la ligne et des options choisies pour l’isolation et le refroidissement des câbles souterrains.

L'élévation de la hauteur des pôles est relativement peu coûteuse: une étude de cas sur les lignes aériennes au Royaume-Uni indique que les coûts d'achat de poteaux aériens en bois de 0,5 mètre de haut dépendent de la hauteur du poteau d'origine, mais ils peuvent être aussi bas qu'environ 10 £ (11 €) par poteau.

Pour les câbles aériens, des normes nationales spécifiques dans chaque pays de l'UE réglementent la hauteur maximale des poteaux et le dégagement minimal par rapport au sol.

La construction de lignes électriques aériennes ou souterraines est subordonnée aux réglementations nationales en matière de permis, comme toute autre infrastructure majeure. Il y a un certain nombre d'inconvénients environnementaux spécifiques à prendre en compte dans le processus d'autorisation. Dans les zones rurales, les perturbations de la flore et de la faune, de l'utilisation des terres et des sites archéologiques doivent être évaluées. À cet égard, les lignes aériennes sont normalement moins perturbatrices que les câbles souterrains et causent moins de perturbations. Toutefois, dans des cas spécifiques, les câbles souterrains peuvent avoir un impact positif significatif pour certaines espèces menacées; par exemple, ils peuvent réduire la mortalité due aux collisions de lignes électriques dans les populations d’oiseaux migrants ou résidents (Bernardino et al., 2018). Dans les environnements urbains et ruraux, la perturbation des terres est plus importante lors de la pose de câbles souterrains que lors de l'installation de tours de ligne aérienne. Le volume de terre excavée pour un câble souterrain, où deux câbles par phase sont installés, est environ 14 fois supérieur à celui d'une ligne aérienne équivalente. La végétation doit être dégagée le long et sur le côté des tranchées pour permettre la construction et l'accès associé pour les véhicules.

Le délai de mise en œuvre varie en fonction des conditions géographiques et géologiques locales et de la méthode d'installation utilisée. Cependant, elle est considérablement plus longue pour les câbles souterrains que pour les câbles aériens.

Les câbles, qu'ils soient aériens ou souterrains, sont généralement conçus pour fonctionner pendant 60 ans. Une étude de cas britannique rapporte que la durée de vie prévue des poteaux en bois qui supportent les lignes aériennes est comparable: 40-60 ans.