Limiteur supraconducteur de courant de défaut

Le limiteur de courant de défaut (Fault current Limiter) est le « Graal » pour les concepteurs de réseaux électriques. Cet appareil permet de concevoir un réseau idéal, c’est-à-dire avec une puissance de court-circuit infinie théoriquement, mais avec des courants de défauts maîtrisés grâce justement au limiteur. Or, l’augmentation de la puissance de court-circuit des réseaux est une demande actuelle forte pour notamment améliorer la qualité de tension et augmenter la part maximale des énergies distribuées, renouvelables entre autres. Il n’existe pas aujourd’hui de solution industrielle satisfaisante comme limiteur de courant de défaut en haute tension en particulier. Un limiteur industriel est le fusible pyrotechnique (Is-limiteur d’ABB par exemple), mais il reste limité à 40 kV environ.

Un supraconducteur possède une fonction limitation de courant intrinsèque via la caractéristique fortement non linéaire de son champ électrique en fonction du courant qui y transite. Nul ou extrêmement faible en dessous d’un certain courant ajustable, son courant critique (I_c), le champ électrique augmente très fortement au-delà de I_c. Sans pratiquement de résistance en dessous de I_c, donc transparent pour le réseau, un élément supraconducteur devient automatiquement et naturellement, sans aucune action extérieure et pratiquement immédiatement, une résistance élevée au-dessus de I_c qui limite le courant en moins d’une milliseconde. Le limiteur supraconducteur de courant de défaut (Superconducting Fault Current Limiter : SFCL) garantit l’absence de courant au-delà d’une certaine valeur ${\widehat{I}}_{\text{lim}}$ , réduisant le surdimensionnement coûteux de nombreux appareils, calculés sinon pour supporter les courants de court-circuit, nettement supérieurs à ${\widehat{I}}_{\text{lim}}$ . Il est intrinsèquement sûr. Sa résistance disparaît à nouveau après un certain temps dès qu’il est isolé du défaut. Un limiteur supraconducteur de courant de défaut apporte donc une solution technique particulièrement séduisante.

Cependant, la supraconductivité n’existe qu’aux basses températures, introduisant une complexité technique liée à l’environnement cryogénique indispensable. La cryogénie est la science des basses températures. La découverte des supraconducteurs à haute température critique (SHTC) à la fin des années 1980 a ouvert la voie des dispositifs fonctionnant dans l’azote liquide, fluide industriel assez commun. Les conducteurs SHTC adaptés au SFCL ne sont rentrés dans une phase pré industrielles que récemment, à la fin des années 2010.

Plusieurs limiteurs supraconducteurs de courant de défaut ont été mis en service avec succès dans les réseaux électriques, notamment. Il reste à démontrer la viabilité économique du limiteur supraconducteur et à augmenter le retour d’expérience sur cet appareil, véritable rupture technologique à fort impact pour les réseaux électriques.

Le lecteur se référera utilement aux articles [D 2 702] et [D 2 705].