Les câbles à courant continu haute tension qui peuvent transporter efficacement l'électricité sur de longues distances jouent un rôle essentiel dans notre approvisionnement en électricité. Optimiser leurs performances est donc un enjeu important. Avec cet objectif en tête, scientifiques de l'Université de technologie Chalmers, Suède, présenter un nouveau matériau isolant jusqu'à trois fois moins conducteur, offrant des améliorations significatives des propriétés et des performances de ces câbles.

Si nous voulons passer à un monde alimenté par les énergies renouvelables, un transport efficace de l'électricité sur de longues distances est essentiel, depuis l'approvisionnement - les sources d'énergie renouvelables telles que les parcs éoliens et solaires, ainsi que des barrages hydroélectriques - est souvent situé loin des villes, où existe la plus grande partie de la demande. Câbles à courant continu haute tension, ou câbles HVDC, sont le moyen le plus efficace de transporter l'électricité sur de longues distances. Les câbles HVDC avec une couche isolante peuvent être enterrés ou posés sur le fond marin, permettant une expansion considérable des réseaux, et de nombreux projets sont actuellement en cours pour connecter différentes parties du monde. En Europe, par exemple, le projet NordLink reliera le sud de la Norvège et l'Allemagne, et les projets de câbles HVDC forment une partie importante de l'energiewende, Le plan global de l'Allemagne pour passer à un approvisionnement énergétique plus respectueux de l'environnement.

« Pour que nous puissions gérer la demande mondiale d'électricité en croissance rapide, Les câbles HVDC efficaces et sûrs sont un composant essentiel. L'approvisionnement en énergie renouvelable peut fluctuer, ainsi pouvoir transporter l'électricité à travers des réseaux longue distance est une nécessité pour assurer une distribution stable et fiable, " dit Christian Müller, chef de la recherche et professeur au Département de chimie et de génie chimique de l'Université de technologie de Chalmers.

Pendant le transport, il faut perdre le moins d'énergie possible. Une façon de réduire les pertes de transmission comme celle-ci consiste à augmenter le niveau de tension continue.

"Toutefois, une augmentation de la tension de transmission nuit à l'isolation d'un câble HVDC, " explique Xiangdong Xu, spécialiste de recherche au Département de génie électrique de l'Université de technologie Chalmers.

"Les contraintes de champ électrique plus élevées qui en résultent pourraient être gérées si la conductivité électrique du matériau isolant était suffisamment réduite."

Les chercheurs présentent maintenant une nouvelle façon de réduire la conductivité d'un matériau isolant.

Un matériau qui confère aux câbles une conductivité trois fois inférieure

La base du nouveau matériau est le polyéthylène, qui est déjà utilisé pour l'isolation des câbles HVDC existants. Maintenant, en ajoutant de très faibles quantités - 5 parties par million - du polymère conjugué appelé poly(3-hexylthiophène), les chercheurs ont pu réduire la conductivité électrique jusqu'à trois fois

L'additif, également connu sous le nom de P3HT, est un matériau largement étudié, et vu les petites quantités nécessaires, ouvre de nouvelles possibilités aux fabricants. D'autres substances possibles qui ont déjà été utilisées pour réduire la conductivité sont des nanoparticules de divers oxydes métalliques et d'autres polyoléfines, mais ceux-ci nécessitent des quantités nettement plus élevées.

« En science des matériaux, nous nous efforçons d'utiliser des additifs en aussi petites quantités que possible, afin d'augmenter leur potentiel d'utilisation dans l'industrie et pour un meilleur potentiel de recyclage. Le fait que seule une très petite quantité de cet additif soit nécessaire pour obtenir l'effet est un grand avantage, ", explique Christian Müller.

Une découverte qui pourrait déboucher sur un nouveau champ de recherche

Polymères conjugués, tels que P3HT, ont été utilisés dans le passé pour concevoir de l'électronique flexible et imprimée. Cependant, c'est la première fois qu'ils sont utilisés et testés comme additifs pour modifier les propriétés d'un plastique de base. Les chercheurs pensent donc que leur découverte pourrait déboucher sur de nombreuses nouvelles applications et directions de recherche.

"Notre espoir est que cette étude puisse vraiment ouvrir un nouveau champ de recherche, inspirer d'autres chercheurs à se pencher sur la conception et l'optimisation de plastiques dotés de propriétés électriques avancées pour les applications de transport et de stockage d'énergie, ", explique Christian Müller.

L'article scientifique, intitulé "Repurposing Poly (3-hexylthiophene) as a Conductivity-Reducing Additive for Polyethylene-Based High-Voltage Insulation, " a été publié dans la revue Matériaux avancés .