Liaison HVDC sous-marine

[alopex]

Bonjour à tous,
Supposons qu’on veuille transporter 2 MW sur 55 km par une liaison sous-marine en courant continu monopolaire (retour par l’eau de mer). Je limite la tension à 20 kV car au-delà les pertes sur le câble ne baissent plus beaucoup mais le coût de celui-ci et des redresseurs/onduleurs augmente beaucoup.
J’ai donc un courant de 100 A à faire passer dans l’eau. Je limite la chute de tension sur le retour à 5V pour limiter l’électrolyse (formation Cl2/H2,etc). Il me faut donc une résistance de 0,183 Ohm. Dans la zone considérée la profondeur ne dépasse pas 20 m. La conductivité d’une eau de mer à 30 g/l de NaCl est de 3 S/m soit 0,33 Ohm.m. Il me faut donc 100 000 m² d’électrode (!!) et donc noyer un grillage conducteur de 20 m de large sur 5 km de long aux deux extrémités. Ca me parait énorme pour une puissance aussi limitée. Me suis-je trompé quelque part ? Merci d'avance. @+
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[vincent66]

Bonsoir,
Je ne saurais valider ou invalider vos calculs, mais une question me vient à l'esprit :
Et la faune aquatique vous y avez pensé.. ?!
Vincent

[inviteede7e2b6]

c'est , de toute façon , interdit par accords internationaux, pour cause de dérèglement des compas et
autres instruments de navigation.

[Tropique]

Me suis-je trompé quelque part ? Merci d'avance. @+

Si les données numériques sont correctes (et elles me le semblent), non.
Mais il y a d'autre facteurs à prendre en compte: la chute de tension d'abord. Une perte en ligne aussi faible est tout à fait atypique du transport d'énergie.
On peut certainement prendre 10x plus, ce sera encore bien inférieur au pourcent.

D'autre part, l'effet d'une électrolyse de 100A est très faible dans le grand ordre des choses, et en plus les masses totales d'ions échangés resteront identiques que l'on travaille sur 1m² ou 1km². Les craintes pour la vie marine et autre sont également immatérielles, les courants telluriques naturels durant certains événements comme les éruptions solaires sont énormément plus élevés.
Enfin, lorsqu'on travaille sur de la conduction de masse comme ici, il ne faut pas simplement prendre en compte la taille des électrodes pour le calcul: il faut intégrer la conductivité sur tout le volume disponible, non seulement de mer, mais également de terre sous-jacente, même si la conductivité est plus faible: le volume est quasi infini, ce qui compense. Ce sont des calculs typiques de cours d'élec de première année, avec intégrale double ou triple, discontinuités de milieu, rien que du bonheur pour les matheux, mais parfaitement balisé, calculable et maitrisé.
Le résultat, c'est que les résistances effectives sont nettement plus faibles que dans des approximations simples

[A voir en vidéo sur Futura]

[alopex]

Hello et merci pour vos contributions

c'est , de toute façon , interdit par accords internationaux, pour cause de dérèglement des compas et autres instruments de navigation.

Je suis un peu surpris par ce point. Connais-tu les références de cette réglementation pour ma culture personnelle ? Je pensais sans doute à tort que le champ magnétique généré par une aussi faible densité de courant était négligeable.

Et la faune aquatique vous y avez pensé.. ?!

La question se pose effectivement. Les champs magnétiques même faibles peuvent sans doute perturber les poissons qui y sont sensibles. L’autre effet éventuellement chimique car on doit produire du chlore par électrolyse qui devient de la javel par réaction avec l’eau ce qui n’est pas trop bon, mais la concentration est elle perceptible ?

D'autre part, l'effet d'une électrolyse de 100A est très faible dans le grand ordre des choses

Le problème n’est il pas que l’électrolyse consomme tout ou partie du courant et interrompt ainsi le circuit ? Ce n’est pas tant un problème de quantité de produits d’électrolyse que de continuité du circuit. Par ailleurs quel effet en termes de corrosion sur l’électrode. Je continue à y réfléchir de mon côté mais si vous avez des éléments de réponse je suis preneur… Merci et @+

[f6bes]

Le problème n’est il pas que l’électrolyse consomme tout ou partie du courant et interrompt ainsi le circuit ? Ce n’est pas tant un problème de quantité de produits d’électrolyse que de continuité du circuit.

Bjr à toi,
Hum , c'est fou comme on oublie les BASES essentielles d'un circuit électrique (pour qu'il puisse faire son office!)
Un circuit INTERROMPU est un circuit "ouvert". Dans ce cas comment pourrait se faire...l'électrolyse !
Basique mon cher Watson !
Bonne journée

[Tropique]

Ici par exemple, le problème est étudié de manière assez exhaustive et est illustré d'exemples réels sur des liaisons inter-îles

[inviteede7e2b6]

Je suis un peu surpris par ce point. Connais-tu les références de cette réglementation pour ma culture personnelle ? Je pensais sans doute à tort que le champ magnétique généré par une aussi faible densité de courant était négligeable.

cherche l'historique de l'IFA2000
tu aura des infos.

[alopex]

Bonjour,

Un circuit INTERROMPU est un circuit "ouvert". Dans ce cas comment pourrait se faire...l'électrolyse !

Effectivement j’ai été un peu « léger » sur ce coup là ! Je comprends la chose comme suit et merci de me corriger. Donc à la cathode où arrivent les électrons se font les réactions principales :
- Réduction de l’eau : 2 H2O + 2 e- >> H2 + 2 OH-
- Réduction spontanée du sodium : Na+ + e- >> Na lui-même ré-oxydé par l’eau selon Na + H2O >> Na+ + H2 + 2 OH-
La charge des électrons est donc transférée sur les ions OH- qui migrent vers l’anode.

A l’anode se font les réactions suivantes :
- Oxydation de l’eau : 4 OH- >> O2 + 2 H2O + 4 e-
- Oxydation du chlorure : 2 Cl- >> Cl2 + 2 e- puis réaction du chlore avec l’eau selon Cl2 + H2O >> HClO + HCl

Bref mes charges négatives sont toujours là et ne font que migrer d’une espèce à l’autre mais sans que le flux de charges et donc le courant ne soit interrompu. Par contre, ces réactions consomment de l’énergie et s’ajoutent aux pertes Joule. Par contre, quand on mesure la conductivité par exemple de l’eau de mer, est ce que ces pertes sont intégrées (mesure du résistance équivalent à l’ensemble des pertes) ou pas ?

cherche l'historique de l'IFA2000 tu aura des infos.

J’ai regardé sur Wikipedia et ils indiquent effectivement que la liaison HVDC transmanche avait été réalisée avec deux câbles pour éviter les problèmes magnétiques dus à un retour par l’eau. Effectivement faire passer 2000 MW par l’eau du Channel peu profond et encombré de bâteaux serait sans doute imprudent. De là à exclure complètement cette solution pour des puissances plus faibles ou des zones moins sensibles ? J'ai lu des documents sur des réseaux ruraux en Australie avec un seul conducteur DC et retour par la terre (puissances faibles)

@ Tropique : merci pour ce document effectivement très intéressant. Cela dit, si le retour ne se fait pas que par l’eau de mer mais aussi par le sol sous-jacent voire même par l’air le courant transité par l’eau doit être largement majoritaire du fait des différences de conductivité. Dans des sédiments gorgés d’eau ça doit encore aller mais dans de la roche compacte style granite ou basalte ?

[Tropique]

Bref mes charges négatives sont toujours là et ne font que migrer d’une espèce à l’autre mais sans que le flux de charges et donc le courant ne soit interrompu. Par contre, ces réactions consomment de l’énergie et s’ajoutent aux pertes Joule. Par contre, quand on mesure la conductivité par exemple de l’eau de mer, est ce que ces pertes sont intégrées (mesure du résistance équivalent à l’ensemble des pertes) ou pas ?

La résistivité n'en tient pas compte, elle est mesurée sous le potentiel de polarisation. Il y a donc deux couples électrochimiques à rajouter pour obtenir les pertes totales, mais c'est purement anecdotique: le potentiel électrochimique d'un tel couple doit faire dans les 1.5V, ce qui est négligeable comparé aux tensions en jeu

De là à exclure complètement cette solution pour des puissances plus faibles ou des zones moins sensibles ? J'ai lu des documents sur des réseaux ruraux en Australie avec un seul conducteur DC et retour par la terre (puissances faibles)

Pour les réseaux terrestres, c'est vraiment marginal, par contre pour les iles, c'est fréquent.

@ Tropique : merci pour ce document effectivement très intéressant. Cela dit, si le retour ne se fait pas que par l’eau de mer mais aussi par le sol sous-jacent voire même par l’air le courant transité par l’eau doit être largement majoritaire du fait des différences de conductivité. Dans des sédiments gorgés d’eau ça doit encore aller mais dans de la roche compacte style granite ou basalte ?

Non, à longue distance, le champ électrique va diffuser partout, il faudrait vraiment que la conductivité du sol soit totalement négligeable pour que ce ne soit pas le cas.
Pour te représenter l'allure que ça a, tu peux voir les représentations scolaires de champ électrique entre deux pôles (ou employer un simulateur de calcul d'éléments finis)
http://philippelopes.free.fr/ChampElectrique.htm

[alopex]

Hello et merci pour ces infos.
Je comprend bien la configuration du champ électrique. Si on regarde la résistivité, mon eau de mer est à 0,33 Ohm.m
alors que sur wikipedia on donne des valeurs pour les sols d'au moins 5 Ohm.m pour de la tourbe humide et jusqu'à
plus de 10000 Ohm.m pour des roches compactes. La densité de courant sera donc forcément beaucoup plus importante
dans l'eau que dans le sol non?

[Tropique]

La densité de courant sera donc forcément beaucoup plus importante
dans l'eau que dans le sol non?

A proximité des électrodes, oui, à grande distance cela va s'égaliser (sauf s'il y a 10km de mer au dessus et que le plancher océanique a une résistivité inhabituellement élevée, ce qui ensemble me parait improbable)

[Tropique]

En fait, pour te le représenter vraiment bien il faudrait vraiment passer par une simulation éléments finis: cela te montrerait vraiment à l'échelle l'effet d'une bande conductrice de quelques dizaines de mètres posée sur un substrat "infini" de conductivité moindre, sur une longueur de quelques dizaines de km.
En physique, à mon avis quelqu'un pourra te faire la simu.