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Aujourd'hui, l'électricité occupe une place prépondérante dans le quotidien des ménages et des entreprises suisses. Elle est utilisée depuis tellement longtemps et pour de si nombreuses applications que la plupart d'entre nous n'y prêtons même plus attention. Néanmoins, malgré cette grande diversité, ménages et entreprises la reçoivent sous une même forme : celle d'un courant alternatif. Mais cette situation plus que centenaire pourrait être bientôt remise en question.
Courants continu et alternatif, quelles différences ?
Afin de pouvoir aborder au mieux la suite de cet article, il est nécessaire de rappeler ici la différence fondamentale entre ces deux modes de transmission de l'énergie électrique. L'on parle de courant alternatif lorsque celui-ci change de "sens" (on parle de polarité positive ou négative) de manière répétée et régulière dans le temps. Dans nos réseaux électriques européens, cette alternance de polarité a lieu exactement 50 fois par seconde. Par opposition, un courant continu ne change pas de polarité au cours du temps. Sa valeur reste constante. Cette différence peut paraître anecdotique mais elle a de nombreuses répercussions techniques.
Un peu d'histoire
Bien que la distribution de l'électricité en courant alternatif soit un standard quasi universel aujourd'hui, il n'en était pas ainsi à la fin du 19ème siècle, lors de l'apparition des premiers systèmes de génération et de distribution. Ceux-ci, portés par la technologie notamment développée par Thomas Edison, fonctionnaient en courant continu. Bien que possédant de nombreux avantages, ce système était caractérisé par un inconvénient majeur : des pertes importantes d'énergie lors du transport de l'électricité. Or, à la même époque, des scientifiques tels que Nicolas Tesla travaillaient sur les systèmes à courant alternatif. Ces travaux aboutirent notamment à l'invention du transformateur électrique. L'apparition de cet élément, encore omniprésent dans le réseau électrique aujourd'hui, allait sonner le glas du courant continu en permettant de transporter l'électricité sur de bien plus grandes distances tout en limitant les pertes d'énergie. Au vu de l'essor de la consommation électrique caractérisant cette époque, cet avantage se révéla décisif et le courant alternatif s'imposa comme le seul standard, non sans quelques heurts.
La situation de nos jours
Même si le courant alternatif est encore aujourd'hui un standard international, l'évolution technologique de ces dernières décennies remet petit à petit en question les éléments qui l'ont fait triompher dans la guerre des courants. Le développement de l'électronique de puissance, soit la branche de l'électronique dédiée non pas au traitement de l'information mais à celui de l'énergie, pourrait tout changer. En effet, cette technologie permet non seulement de transformer facilement un courant continu en un courant alternatif, et vice versa, mais elle permet également de modifier une tension continue, comme le font les transformateurs alternatifs. En augmentant suffisamment cette tension, il devient possible de transporter l'électricité sur de grandes distances avec un minimum de pertes. Cette technologie, nommée HVDC, présente des avantages sur son homologue alternative et est déjà utilisée dans de nombreux endroits dans le monde.
Et le transport longue distance de l'électricité n'est pas le seul domaine concerné par ces changements technologiques. La production l'est également. Dans ce contexte, l'essor du photovoltaïque est probablement l'exemple le plus parlant. En effet, cette source d'énergie renouvelable est continue par nature. Aujourd'hui, son utilisation est couplée à celle d'onduleurs dans le seul but est de pouvoir en injecter la production dans le réseau sous une forme compatible avec celui-ci. De plus, les batteries qui permettent de stocker cette énergie intermittente afin de l'utiliser plus tard, lorsque la production diminue, fonctionnent-elles aussi naturellement en courant continu.
Finalement, la consommation finale d'électricité se fait également de plus en plus en courant continu. L'éclairage par LED, une technologie qui équipe déjà un grand nombre d'installations industrielles, fonctionne lui aussi naturellement en courant continu. Il en va de même pour l'ensemble des équipements informatiques. Bien que les ordinateurs soient encore branchés sur le courant alternatif distribués par les prises que nous connaissons tous, ce courant est immédiatement transformé en courant continu à l'intérieur de ceux-ci, ou à l'extérieur pour les ordinateurs portables, afin d'alimenter les différents composants. Ainsi, dans le but de concentrer les éléments assurant cette conversion et de réaliser des économies d'échelles, le courant est aujourd'hui déjà distribué sous une forme continue à l'intérieur d'installations regroupant de nombreux équipements informatiques, tels que les datacenters, essentiels à l'utilisation quasi permanente d'Internet de nombreuses entreprises.
Les avantages du courant continu pour les industries
La distribution généralisée de l'électricité en courant continu permettrait donc de réduire considérablement le nombre de conversions de « alternatif » à « continu », et vice-versa, puisqu'aussi bien la production que le stockage et la consommation tendent déjà vers cette forme d'énergie. Cette réduction permettait d'économiser non seulement de l'énergie, chaque conversion engendrant des pertes, mais également du matériel. Par exemple, tous les blocs d'alimentation externes des ordinateurs portables, pourraient devenir superflus.
La transition vers le courant continu permettrait également à certaines industries d'augmenter leur efficacité énergétique. En effet, certains entraînements électriques industriels, tels que ceux présents dans les machines-outils, sont soumis à de nombreux cycles d'accélération-freinage. Dans la plupart des cas, ces freinages se font en "détruisant" l'énergie accumulée dans les éléments tournants, car il est actuellement trop coûteux de la transformer encore une fois en énergie alternative pour la réinjecter dans le réseau. Or, cette transformation est bien plus simple en courant continu. L'énergie récupérée lors du freinage d'un entraînement pourrait ainsi être directement utilisée par un autre entraînement qui serait, lui, en train d'accélérer. Cette technologie est progressivement intégrée aux entraînements industriels récents mais sa portée se limite dans la majorité des cas à des éléments physiquement proches les uns des autres.
Finalement, la distribution en courant continu pourrait également permettre, sous certaines conditions, de réduire les risques liés à l'électricité. En effet, l'utilisation d'une tension continue de 48V, le standard actuellement utilisé pour les datacenters, permet de passer sous le seuil de dangerosité et de réduire considérablement les besoins de protection des personnes, facilitant ainsi l'installation et la maintenance des appareils.
Les barrières restant à franchir
Il reste néanmoins de nombreuses barrières à franchir avant de voir arriver dans nos prises du courant continu. Dans nos pays occidentaux, la plus importante est liée à la standardisation : les normes traitant de la distribution en courant alternatif sont parfaitement fonctionnelles et établies, alors que celles liées au courant continu font encore défaut. Or, sans normes, il n'y a pas d'applications possibles à large échelle et, sans applications à large échelle, aucune norme ne sera développée.
La solution à ce problème en apparence insoluble pourrait bien venir des pays émergents. Ces pays ne disposent souvent pas d'un réseau de distribution aussi performant que le nôtre et comportent encore de nombreuses zones sans accès à l'électricité. Or, ces zones s'électrifient peu à peu grâce à des micro-réseaux en courant continu basés sur une production photovoltaïque et un stockage par batterie. Le déploiement progressif de ces micro-réseaux continus participe ainsi à l'apparition de standards dédiés à cette technologie et qui permettront, petit à petit, de développer de nouvelles applications.
Mais l'Europe et la Suisse ne sont pas en reste en ce qui concerne la recherche dans ce domaine. Ainsi, le projet DCSMART, mené par l'université technologique de Delft et auquel a récemment contribué le Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique (CSEM) était dédié au développement de technologies permettant la distribution en courant continu. La haute école d'ingénierie du Valais mène également un projet consacré à ce domaine d'avenir. Et cette technologie sort déjà des laboratoires pour s'installer dans l'industrie. Ainsi, le projet pilote AREUS a permis la mise en place d'un réseau continu basé sur les énergies renouvelables au sein même d'une usine automobile, démontrant ainsi l'intérêt de l'industrie pour cette technologie.
Pour conclure
Le courant alternatif tel qu'on le connaît aujourd'hui a encore de beaux jours devant lui, notamment grâce à l'existence de nombreuses normes et d'infrastructures performantes. Néanmoins, l'évolution est en marche. La production de l'électricité au plus près de sa consommation, telle qu'imaginée par Edison déjà à l'époque, est en plein essor, portée notamment par l'énergie photovoltaïque et les micro-réseaux. De plus, le nombre toujours croissant d'appareils fonctionnant en courant continu renforce cette transition. Il y a fort à parier que d'ici une ou deux décennies, courants alternatif et continu cohabiteront, en des endroits différents de la chaîne de production et de transport de l'électricité. Celle-ci sera probablement toujours transportée sous forme alternative, mais pourrait bien être distribuée aux utilisateurs finaux, dont de nombreuses entreprises, sous une forme continue. L'alimentation en courant continu des parcs informatiques, de l'éclairage ou des autres consommateurs de faible puissance ne changera pas le travail quotidien de ces entreprises. Mais elle sera à coup sûr la marque de l'évolution de notre système de distribution d'électricité vers une meilleure intégration des énergies renouvelables et une plus grande efficacité énergétique.