Câbles sous-marins : construction, caractéristiques, pose et jonctions

Introduction aux câbles sous-marins et câbles d'énergie sous-marins

Introduction aux câbles sous-marins

Le développement des parcs éoliens offshore et des plateformes pétrolières et gazières offshore nécessite l'installation de câbles d'énergie, de commande, de surveillance et de communications entre les plateformes et la terre ferme.

À cette fin, des câbles sous-marins sont installés, qui sont également utilisés pour la transmission d'énergie et/ou de communications entre îles et la terre ferme, entre pays et même entre continents.

Caractéristiques des câbles sous-marins

Les câbles sous-marins, qui doivent être conformes à la norme IEC 60288^[1], sont spécifiquement conçus et fabriqués pour être installés sous l'eau, posés sur le fond marin, en tenant compte que le fond marin est accidenté et rocheux, qu'il existe des animaux marins, qui peuvent endommager les câbles, et qu'il est obligatoire que les câbles résistent aux tsunamis et à l'activité volcanique, ainsi qu'aux chaluts utilisés par les pêcheurs, qui sont plus dangereux que les poissons eux-mêmes.

Pour établir les caractéristiques d'un câble sous-marin, il est nécessaire de prendre en compte les paramètres suivants :

• Température ambiante (fond marin et terre).
• Profondeur d'enfouissement.
• Exigences particulières d'enfouissement/protection à l'approche du rivage (enfouissement plus profond, forage directionnel…).
• Espacement axial des câbles.
• Résistivité thermique du fond marin et de la terre.
• Longueur du câble sous-marin.
• Profondeurs d'eau.

Les tensions nominales typiques des câbles d'énergie sous-marins sont de 3,6/6(7,2) kV à 290/500(525) kV, en courant alternatif, et plus élevées en courant continu.

Selon la tension nominale et la section (pour les systèmes DC, les fabricants construisent ces câbles avec des sections jusqu'à 2500 mm² et pour des tensions de réseau jusqu'à 725 kV), ils peuvent être multipolaires ou unipolaires.

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Caractéristiques des câbles d'énergie sous-marins

Les principales caractéristiques des câbles d'énergie sous-marins sont :

• Conducteur : Cuivre ou aluminium. Si les conducteurs doivent être utilisés à de grandes profondeurs et si demandé, le conducteur est scellé avec un matériau spécial qui empêche la pénétration d'eau en cas d'endommagement du câble.
• Isolation : XLPE, EPR ou MIND (papier imprégné en masse).
• Écran : Fils de cuivre ou rubans et gaine en plomb lorsque requis.
• Armement : La protection du câble contre les contraintes mécaniques est assurée par l'armement constitué de fils d'acier (pour les câbles unipolaires, l'armement doit être en matériau non magnétique – généralement de l'aluminium – pour éviter la surchauffe de l'armement due aux courants de Foucault^[2] – effet Joule), qui confèrent également aux câbles la résistance mécanique requise lors de la pose ou du tirage. Les fils d'acier sont de différentes catégories de charge de rupture et sont fortement galvanisés.
• Protection extérieure : La protection extérieure du câble, selon les conditions et exigences de l'installation, est réalisée par une gaine PVC ou PE et des couches de fils de polypropylène ou de jute.

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Les câbles d'énergie tripolaires peuvent également comporter des câbles à fibres optiques pour les communications, comme montré à la Figure 1

Figure 1 – Construction d'un câble sous-marin triphasé

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Lorsque des câbles d'énergie unipolaires sont utilisés, ils n'incluent généralement pas les fibres optiques et dans ce cas, il est nécessaire d'installer également des câbles sous-marins à fibres optiques comme celui montré à la Figure 3.

Figure 2 – Câble sous-marin à fibres optiques

Certains fabricants incluent dans le même câble sous-marin les communications (fibre optique) et les commandes pour les systèmes de traitement et de compression sous-marins, que les exigences soient pour l'alimentation en basse tension, moyenne tension ou haute tension – câbles ombilicaux (voir Figure 3).

Les câbles ombilicaux peuvent également inclure des conduites basse et haute pression (tube en acier) utilisées pour des fluides.

Figure 3 – Câble ombilical

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Procédure de base pour la pose de câbles sous-marins

La pose d'un câble sous-marin est une entreprise remarquablement complexe, dangereuse et coûteuse.

Les itinéraires doivent être étudiés, la technologie développée, le câble doit être posé sans être perdu, cassé ou endommagé.

Avant d'installer un câble sous-marin, il est nécessaire d'entreprendre une série d'actions :

• Choisir le tracé, en utilisant des cartes marines actualisées.
• Évaluer les conditions géologiques du tracé choisi.
• Procéder à l'identification du fond marin, notamment en ce qui concerne la bathymétrie (profondeur), la pente, l'existence d'accidents topographiques, la lithologie (nature du fond marin), les conditions environnementales, telles que la salinité, la température et le pH, et les mouvements dynamiques qui peuvent exister au fond marin (vagues, courants marins, etc.) ou qui peuvent l'affecter (tsunamis, activité volcanique, courants de boue, etc.).

Une fois le tracé choisi et toutes les études du fond marin terminées, il est nécessaire de déterminer s'il existe des tronçons où le câble doit être enterré (en utilisant une machine d'enfouissement par jet hydraulique) et de développer des technologies spécifiques pour surveiller en permanence l'endroit où le câble est installé afin d'éviter les dommages ou la perte du câble.

La pose des câbles sous-marins est généralement effectuée par un navire poseur de câbles, comme on le voit aux Figures 4 et 5, et des robots peuvent être utilisés pour contrôler la pose du câble (voir Figure 6).

Figure 4 – Navire poseur de câbles

Figure 5 – Pose de câble sous-marin

Figure 6 – Robot de pose de câbles

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Jonctions de câbles sous-marins

Lorsque le parcours du câble sous-marin est très long ou si des dommages surviennent sur le câble, il est nécessaire d'installer des jonctions de câble.

Ces jonctions de câble, qui sont soumises à de fortes pressions, sont réalisées avant l'installation du câble sur le fond marin (chaque fois que possible dans les installations du fabricant), doivent être soumises à des tests d'isolation et diélectriques ainsi qu'à des tests ultrasonores et radiographiques, afin d'assurer la fiabilité de l'installation.

La Figure 7 montre une phase de jonction de câble sous-marin.

Figure 7 – Exécution d'une jonction de câble sous-marin

Bon à savoir :

^[1] IEC : Commission électrotechnique internationale.

^[2] Les courants de Foucault sont des courants induits (phénomène d'induction magnétique).

Galerie de câbles sous-marins / sous-marins et câbles d'énergie sous-marins

À propos de l'auteur : Manuel Bolotinha

- Licence en génie électrique – Énergie et systèmes de puissance (1974 – Instituto Superior Técnico/Université de Lisbonne)
– Master en génie électrique et informatique (2017 – Faculdade de Ciências e Tecnologia/Université Nova de Lisbonne)
– Consultant senior en postes et systèmes de puissance ; Instructeur professionnel

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