Revêtements de protection des réseaux électriques aériens contre le givre, le bruit de l'effet couronne, la corrosion et l'impact visuel

Programme d'activité du GT B2.69 “Revêtements pour équipements des réseaux électriques"

Les dernières décennies ont vu le développement d'une variété de techniques de traitement de surface et de revêtements, apportant des propriétés telles que l'hydrophobicité, l'auto-nettoyage, la protection contre l'accrétion de givre et contre la corrosion. L'industrie de l'électricité peut potentiellement tirer des avantages de ces progrès technologiques, par la réduction des risques de contournement des isolateurs provoqués par la pollution ou le givrage, par la réduction du bruit d'effet couronne des conducteurs, des accessoires de ligne et des isolateurs, par la réduction de la corrosion des éléments métalliques, ainsi que par la réduction des problèmes mécaniques provoqués par le givrage ou l'accrétion de la neige sur les réseaux électriques aériens. Certaines de ces technologies, comme les revêtements antigivre, peuvent non seulement améliorer la fiabilité des installations de transport de l'électricité, mais aussi permettre une réduction des coûts de construction des nouveaux réseaux.

Prenant en compte les considérations précédentes et l'intérêt montré par les parties prenantes pour la recherche de réponses pratiques à ces problèmes par l'utilisation de revêtements, le Groupe de Travail (GT) B2.69 "Revêtements pour équipements de réseau électrique" a été créé en octobre 2017. Le GT constitué de 36 Membres (M) et Membres Correspondants (CM), de 19 pays, a commencé officiellement ses travaux lors de la Session CIGRE de Paris, en août 2018.

Du fait de la multitude des disciplines concernées, de l'étendue du domaine, et des difficultés rencontrées pour identifier et impliquer des membres internationaux possédant une expertise sur tous les sujets à couvrir (pollution, givre, bruit Couronne, corrosion et camouflage), il a été décidé de rassembler les résultats des études dans deux Brochures Techniques (BT), en fonction des expertises et des intérêts de chacun des membres. Ces deux BT sont respectivement : "Revêtements destinés à améliorer la performance électrique des isolateurs d'extérieur dans des conditions de pollution" (BT 837) et "Revêtements de protection des réseaux électriques aériens contre le givre, le bruit de couronne, la corrosion et l'impact visuel" (BT 838). Le présent rapport présente la seconde BT.

Domaine d'intérêt et présentation de la BT "Revêtements de protection des réseaux électriques aériens contre le givre, le bruit de l'effet couronne, la corrosion et l'impact visuel"

L'objectif principal des travaux était d'identifier de nouveaux revêtements pratiques et durables et, également, des techniques d'ingénierie de surfaces, avec pour but d'améliorer la fiabilité des équipements des réseaux électriques aériens dans diverses conditions d'environnement. Ces travaux portent aussi sur certains problèmes environnementaux causés par le bruit de l'effet couronne et par les impacts visuels des lignes aériennes. Les principales familles d'équipements concernées sont les isolateurs, les conducteurs et les câbles de terre, et les structures des lignes de transport.   

Dans la BT on s'intéresse aux revêtements suivants :

• Antigivre : conducteurs, câbles de terre, isolateurs
• Anti-bruit : conducteurs et accessoires
• Anticorrosion : parties métalliques
• Camouflage : apparence de la ligne
   

Pour identifier et étudier les revêtements existants et l'intérêt potentiel de leur utilisation pour les équipements des lignes aériennes des réseaux électriques, pour améliorer la fiabilité dans différentes conditions d'environnement, on a passé en revue les revêtements les plus pertinents. On en outre analysé les caractéristiques des revêtements, les méthodes de mise en œuvre, et les besoins de futures investigations de R&D.

Revêtements antigivre

Les revêtements antigivre sont conçus pour éviter ou réduire les accumulations de glace et de neige sur les équipements du réseau électrique. Après un rappel de certains aspects fondamentaux du phénomène de givrage, le GT a procédé à un examen des revêtements qui ont été développés, portant en particulier sur leurs concepts, sur les typologies des matériaux, et sur les méthodes d'élaboration et de mise en œuvre. Les méthodes d'essais destinées à caractériser le comportement de ces revêtements sont décrites

Un examen de quelques revêtements passifs existants qu'on peut appliquer sue les conducteurs, les câbles de garde et les isolateurs d'extérieur, montre que l'on manque toujours de produits commercialement disponibles pour une utilisation sur les conducteurs et les câbles de terre. En ce qui concerne les revêtements actifs, les concepts actuels, tels que ceux basés sur l'électrolyse de la glace et sur l'injection d'impulsions de courant dans un revêtement conducteur sur les conducteurs ou les câbles de garde, sont inefficaces ou impraticables. Une des méthodes actives efficaces développées est basée sur l'emploi d'un revêtement ferromagnétique pour faire fondre la neige humide, mais son utilisation pour faire fondre de la glace demanderait des efforts de R&D supplémentaires.

Quant aux isolateurs d'extérieur, certains revêtements comme les silicones RTV (Vulcanisation à température ambiante) sont déjà largement utilisés, mais essentiellement pour réduire les contournements dus à la pollution. Mais, dans des conditions de givrage, il n'est pas recommandé de mettre en œuvre des revêtements RTV sur des isolateurs d'extérieur. Plusieurs revêtements antigivre destinés à éviter les contournements de givrage ont également été développés et testés, mais ces revêtements ne sont pas encore prêts pour une utilisation, du fait de leur stabilité et de leur durabilité insuffisantes. Il faut encore des efforts de R&D pour mettre au point des techniques efficaces et économiques de protection des isolateurs dans des conditions de givrage.

En l'absence de normes appropriées, différents laboratoires ont adopté plusieurs méthodes d'essai et de détermination les performances et la durabilité des revêtements antigivre, qui sont présentées et discutées dans la BT. Bien que beaucoup de ces méthodes puissent, avec quelques modifications, être appliquées pour tester les revêtements, il subsiste un besoin de perfectionnement de certaines de ces techniques et, également, de développement de nouvelles méthodes.

Revêtements antibruit

Le bruit audible émis par les lignes de transport à haute tension est habituellement causé par les décharges de l'effet de couronne qui se produisent dans les zones hautement contraintes électriquement à proximité des conducteurs, des isolateurs et des accessoires (Fig. 1). Elles peuvent provoquer un son qui est perçu comme un bruit par les humains.

Un chapitre de la BT est principalement consacré à une analyse poussée de la littérature relative au bruit audible associé aux décharges de l'effet couronne des lignes de transport à haute tension, et plus spécifiquement des conducteurs et des isolateurs, dans des conditions d'humidité. Cette analyse porte aussi sur les méthodes de mesure du bruit audible et sur les options d'atténuation basées sur les traitements de surface et sur l'application de revêtements.

En ce qui concerne la réduction du bruit d'effet couronne provenant des conducteurs, il est possible de minimiser le gradient de tension à la surface des conducteurs en choisissant des conducteurs de grand diamètre ou en utilisant des conducteurs en faisceau, au moment de la conception de la ligne. Pour les lignes existantes, le bruit d'effet couronne, qui peut être intense dans des conditions météorologiques défavorables (pluie, forte humidité, etc.), peut être diminué par un sablage, ou par projection de billes, de la surface des conducteurs. Une autre possibilité consiste à appliquer un revêtement hydrophile, qui peut dans certains cas donner des résultats semblables, et même supérieurs, à ceux de la projection de billes. Il faut noter que les traitements mentionnés pour les lignes existantes sont aussi applicables à des conducteurs neufs, au stade de la fabrication. Pour les isolateurs, les revêtements de silicone RTV montrent qu'ils sont efficaces pour réduire les bruits audibles émis par les isolateurs pollués.

Des investigations supplémentaires sont nécessaires pour améliorer les techniques basées sur les traitements de surface et les revêtements hydrophiles, pour réduire les émissions de bruit audible des conducteurs des lignes de transport dans des conditions météorologiques défavorables.

Revêtements anticorrosion

La corrosion des sections de ligne des réseaux électriques, situées dans des zones côtières ou dans des zones industrielles, est la source de pertes financières significatives. Dans les faits les ambiances marines et les polluants industriels sont la cause de la corrosion des composants métalliques, tels que les conducteurs (Fig. 2), les accessoires, les électrodes des isolateurs et les supports. Dans le chapitre de la BT l'objectif est de présenter en détail les méthodologies adoptées par les services publics confrontés à ce problème, d'une part, et les techniques utilisées pour prévenir la corrosion ou en réduire les effets, d'autre part.

La durabilité d'un système de protection contre la corrosion de l'acier galvanisé ou des alliages d'aluminium, à partir desquels sont fabriqués de nombreux équipements des réseaux électriques, est impactée par le degré d'agressivité corrosive de l'environnement des équipements. On définit la durabilité comme la durée de vie attendue de la protection contre la corrosion jusqu'à la première maintenance majeure. Sur la base des informations bibliographiques et des retours d'expérience d'exploitation, il existe plusieurs techniques d'évaluation des processus de corrosion naturelle. Le point clé est le diagnostic, correct et au bon moment, qui permet de trouver et mettre en œuvre la technique efficace de protection contre la corrosion des équipements importants. Le choix d'un revêtement et de son utilisation sur un composant d'un équipement dépend pour beaucoup des paramètres environnementaux et de l'équipement à protéger.

Les tests de revêtement sur site qui sont proposés dans le chapitre sont les méthodes les plus appropriées d'évaluation de leurs performances, ceci quoique cette évaluation demande plusieurs années. De plus certains produits peuvent être utiles à certains endroits, pour certaines conditions d'environnement, mais pas à d'autres. Des facteurs comme la pluie, le sable ou la salinité, sont des paramètres décisifs sur ce point.

Bien que la plupart des revêtements anticorrosion existants soient couramment utilisés par les compagnies d'électricité, des efforts de R&D sont encore nécessaires pour arriver à développer des revêtements plus efficaces et plus durables, utilisables dans des environnements hautement corrosifs.

Revêtements de camouflage

Réduire l'impact visuel des lignes électriques aériennes, et de leurs pylônes et autres supports, par des méthodes de camouflage, pour rechercher l'adhésion du public et obtenir les autorisations réglementaires, est devenu ces dernières années une option de plus en plus fréquente.

Depuis les années 1980 plusieurs fabricants de conducteurs, de câbles de garde, d'accessoires et d'isolateurs destinés aux lignes aériennes, ont commencé à mettre en place des processus personnalisés de mise en peinture de leurs produits. Parallèlement les compagnies de construction ont commencé à acquérir le savoir-faire pour dérouler les conducteurs peints et pour installer les équipements ou les pylônes, les accessoires et les isolateurs, peints. Au cours des 30 dernières années, la manipulation et les processus de peinture des productions ont été optimisés, avec une amélioration de la qualité.

L'objectif principal de cette section est de présenter les méthodes de réduction de l'impact visuel des lignes aériennes.

Pour camoufler les pylônes, et autres supports, la technique consiste à peindre les composants de structure galvanisés à chaud en utilisant des pigments convenables. La planification du revêtement doit se faire dans la phase de production. Les accessoires sont pour la plupart peints, mais un revêtement de poudre est de plus en plus pratiqué depuis quelques années. En ce qui concerne le camouflage des conducteurs, deux technologies ont été majoritairement utilisées avec succès ces dernières années, l'application de vernis ou l'application d'un revêtement au moyen d'un procédé électrochimique. Pour le camouflage des isolateurs la pratique courante consiste à appliquer un revêtement de silicone RTV, avec la même procédure que pour la réduction de la pollution. Les isolateurs camouflés sont surtout installés sur les lignes neuves, ou sur celles qui sont complètement, ou significativement, rénovées. Le processus d'application du revêtement est essentiellement un processus d'application en usine.

Dans la mesure où il a un impact sur le coût des matériaux, il faut envisager l'utilisation du camouflage dès la phase de planification du projet. L'application du revêtement doit préférentiellement se faire en usine, sauf s'il s'agit d'une rénovation, cas dans lequel la mise en œuvre sur site est la seule option économique

En mettant en œuvre l'ensemble ou une partie des mesures évoquées, la visibilité d'une ligne aérienne peut être considérablement réduite (Fig. 3), mais il est évident que la couleur de l'arrière-plan du pylône peut et va changer avec les saisons, avec le point depuis lequel la ligne est vue, ou selon l'angle d'incidence de la lumière. Il en ressort que la visibilité de la ligne peut être très faible à un certain moment de l'année, et être forte à un autre.