Etudes

Calculs pour une solution optimisée d'un micro tunnel
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Etudes du Dr. Jacques Antille

Dr. Jacques Antille a réalisé plusieurs études sur des aspects importants pour le dimensionnement du micro tunnel ainsi que sur les aspects magnétique et thermique.

Le point de départ est le projet de Swissgrid et le rapport de la société Schnyder Ingenieure mandatée par le canton du Valais en 2016.

Ces diverses études sont disponibles ci dessous.

Étude du champ magnétique

Présentation du 17 mai chez Swissgrid

Sommaire du document
  • Introduction
  • Jacques Antille : un "illuminé"
  • une optimisation du projet de Swissgrid
  • Étude thermique de la ligne Chamoson - Chippis
    • cas 1 Grône
    • cas 2 Ferme des Crétillons
    • cas 3 Prédiction de l’induction magnétique entre 2 pylônes
  • Trouver une solution pour la ligne enterrée
  • Conclusions
Conclusion de l'étude

Les calculs réalisés par une méthode FEM montrent la faisabilité de l’enfouissement de câbles blindés

  • Il est facile d’ajuster et d’optimiser une “batterie de câbles” pour une profondeur d’enfouissement de l’ordre du mètre
  • Cette méthode permet d’ajouter facilement des câbles à une configuration existante
  • Les solutions proposées respectent la valeur limite de 1 μT au niveau du sol

Étude thermique

Sommaire du document

Câble utiliser pour la ligne enfouie

Câble utiliser pour la ligne enfouie

  1. Constitution d’un câble
  2. Câble posé en pleine terre (uniquement phénomène de conduction)
  3. Câbles en galerie (micro tunnel)
  4. Comparaison de B entre une ligne aérienne et un micro tunnel blindé
  5. Conclusions
Conclusion de l'étude
L'analyse de Schnyder Ingenieure a été réalisée uniquement à l'aide d’abaque.
Aucune optimisation n'a été faite ce qui conduit à une solution très onéreuse.
La position des câbles dans le tunnel est très importante (position en trèfle)
Le blindage du tunnel (épaisseur de la paroi acier) est aussi un facteur important.Un tunnel de 2m de diamètre et avec 1m de terre est suffisant pour être en dessous de la limite de 1µT.

Étude du pylône 162

Situation

Étude du cas du pylône 162 situé à Châlais sous le téléphérique Châlais - Vercorin.
Ce pylône est le plus petit de toute la ligne (58.5m), il est donc problématique en terme de champ magnétique.

Conclusion de l'étude
  • La hauteur du pylône 162 est de 36.58 m seulement pour respecter la distance requise avec le téléphérique qui passe au-dessus
  • B eff à l’aplomb du pylône 162 est supérieur à 100 µT
  • La distance minimum au sol est située à environ 100 m en aval du pylône 162. De ce fait il y a un large corridor sous l’axe de la ligne où Beff > 100 µT
  • Il est facile de modifier la géométrie du pylône 162 pour satisfaire les normes

Validation des calculs

L'entreprise KAN-NAK S.A. a refait tous les calculs par une autre méthode pour certifier la conformité de l'étude du Dr. Jacques Antille.

Sommaire du document

  • Introduction
    • Logiciel FEMM ou “Finite Element Method Magnetics” Version 4.2
    • Description du problème
  • Résultats
  • Conclusions
Conclusion de l'étude

L’étude réalisée par KAN-NAK donne des résultats quasi identiques à la Référence. Le maximum de l’induction magnétique est de 11.3 μT, c’est-à-dire identique à la Référence. Le minimum est de 9.2 μT alors que celui de la Référence indique 9.3 μT. La position des extrema et la forme du signal sont quasi identiques. La différence maximale de 0.2 μT est attribuée à la relation B(H) décrivant les propriétés ferromagnétiques de l’acier et/ou au domaine de calcul (diamètre 1000 mètres pour FEMM) qui sont probablement légèrement différents pour la Référence.

KAN-NAK confirme les résultats du Dr. Jacques Antille effectués avec le logiciel MATLAB à l’aide du logiciel FEMM, à savoir que le champ d’induction varie entre 9 μT et 11 μT sur le segment A-B.

Estimation des coûts

Hypothèses pour le calcul des coûts

Analogie avec le percement du micro tunnel de 1.5km pour le raccordement de la ligne de Nant de Dranse.

Conclusion de l'étude
L'optimisation de la pose des câbles en trèfle et le meilleur blindage du tunnel permettent, en plus de respecter les normes pour le champ magnétique, de réaliser des économies sur la durée d'exploitation de 40 ans. En comparaison avec la ligne aérienne, c'est 22.2 millons SFR d'économie à terme au minimum.
Le coût estimé de la solution micro tunnel optimisé est de 148.5 millions SFR soit 50% de plus que la version aérienne.C’est en contradiction avec  les dire de Swissgrid, dû à l’usage du tunnelier qui est très dispendieux.

Comparaison des pertes électriques

Sommaire du document
  • Courant par phase
  • Propriétés des câbles : section 550 mm 2 et 1000 mm 2
  • Modèle thermique du câble dans l’air
  • Distribution de courant dans le câble
  • Calcul des résistances
  • Estimation des pertes électriques
  • Conclusions
Conclusion de l'étude
  • On considère que la ligne aérienne est composée de 3 câbles par phase, soit de section 550 mm2 ou 1000 mm2 par câble.
  • Pour la ligne enfouie, on considère un câble par phase de section 2500 mm2.
  • Rappelons que l’âme d’un câble souterrain est en cuivre. Le rapport des conductivités entre le cuivre et l’aluminium vaut 1.64,  par conséquent les pertes ohmiques sont dans le même rapport.
  • Sur la base des calculs de résistances, les pertes ohmiques ont été estimées pour une période de 40 ans, en supposant une charge de 1000 A/phase (44.8%)
  • La solution enfouie permet d’économiser 22.2 millions SFR sur une période de 40 ans, pour la variante avec une section de 3000 mm2 par phase.
  • En prenant en compte la fiche technique du conducteur retenu ( De Angeli Prodotti AAAC039,93mm), la résistance DC (20°C) vaut 0,0355 Ω/km, soit 10% plus élevée. La solution enfouie permet d’économiser 33.4 millions SFR sur une période de 40 ans, pour la variante avec une section de 3000 mm2 par phase.
  • Bien évidemment si la ligne est utilisée à plus de 44.8% en moyenne, l'économie de la solution enfouie sera encore plus intéressante.

Il est à espérer que ces lignes à très haute tension seront utilisées en moyenne à plus de 45%.
Avec une utilisation à 80% on obtient une économie sur 40 ans de plus de 100 millions SFR.
Cette économie n'est pas que financière, mais aussi écologique, car cette énergie non perdue dans des câbles ne devra pas être produite.