L’électrification stimule l’innovation dans de nombreux secteurs

L’électrification de la société est un moteur d’innovations dans de nombreux secteurs. Zwannieta Speelman, Sales Program Manager chez Fluke, aborde ici les défis et les opportunités que la transition énergétique représente pour le secteur du test et de la mesure.

Zwannieta Speelman, Sales Program Manager chez Fluke
Article adapté par Cédric Lardière

L’électrification fait référence au remplacement de technologies utilisant des combustibles fossiles comme le charbon, le pétrole et le gaz naturel. L’accord de Paris, ainsi nommé car il a été signé par les nations participantes lors de la COP21 à Paris en 2015, est un traité international juridiquement contraignant sur le changement climatique. Ratifié par 196 parties, cet accord a accéléré le développement de technologies dans le monde entier, visant à réduire l’impact des gaz à effet de serre sur le réchauffement de la planète.

Des facteurs géopolitiques récents ont encore accéléré la transition, certains pays cherchant à renforcer la résilience de leur approvisionnement énergétique. La transition est rapide, et donne lieu à de nombreux défis et opportunités pour les entreprises d’ingénierie et de technologie au niveau mondial.

Les technologies permettant de produire de l’électricité à partir de l’énergie solaire et de l’énergie éolienne existent depuis un certain nombre d’années. Mais c’est au cours de la dernière décennie que la production d’énergie renouvelable a connu une croissance significative en Europe.

SolarPower Europe a indiqué dans son récent rapport annuel que le nombre d’installations solaires en Europe avait augmenté d’un tiers en 2021, pour atteindre une puissance cumulée proche de 26 Gigawatt (GW). La croissance de l’énergie éolienne en Europe dépasse de beaucoup celle de l’énergie solaire, et la puissance installée en éolien devrait atteindre 105 GW au cours des cinq prochaines années, selon WindEurope.

La croissance de la mobilité électrique

Selon le rapport annuel Electrical Vehicle Outlook 2022 de Bloomberg, environ 20 millions de véhicules électriques sont actuellement en circulation dans le monde. Face à la hausse des prix des carburants et aux nouvelles réglementations en matière de réduction de consommation en vigueur dans de nombreux pays, l’adoption des véhicules électriques en tant qu’alternative aux véhicules à moteur thermique devrait augmenter de façon spectaculaire. Bloomberg estime que la part des véhicules électriques sur le marché du neuf devrait atteindre 40 à 50 % au Royaume-Uni, en France et en Allemagne d’ici 2025.

Les stations de charge de véhicules électriques jouent un rôle essentiel dans la réduction du temps de charge de ces derniers. Un véhicule compact typique peut nécessiter une durée de 24 à 36 h pour se recharger sur le réseau électrique domestique. Une station de charge de véhicules électriques fournit une alimentation monophasée ou triphasée 230 ou 400 V, voire 800 V à l’avenir, qui permet de recharger un véhicule électrique beaucoup plus rapidement.

La transition énergétique des énergies fossiles vers les énergies propres s’accompagne de nouveaux défis pour gérer l’offre et la demande. Traditionnellement, les grosses centrales électriques fonctionnant au charbon et au pétrole, ou au nucléaire, servent à répondre à la demande de base d’un pays, tandis que les centrales électriques distribuées, hydrauliques ou au gaz, qui sont rapides à démarrer, permettent de répondre aux pics de demande.

La production éolienne autorise une production à grande échelle. Néanmoins, la nature intermittente de l’éolien et du solaire, les deuxième et troisième plus grandes sources d’énergie renouvelable après l’hydroélectricité, rend leur gestion particulièrement problématique au sein des réseaux électriques tels qu’ils existent aujourd’hui.

La croissance de la mobilité électrique (ou e-mobilité) pose un défi similaire pour la production d’électricité, les habitudes des utilisateurs suggérant déjà qu’un pic de demande pourrait être atteint autour de 18 heures, heure à laquelle un grand nombre d’utilisateurs mettront leur véhicule électrique à recharger. Les ressources énergétiques distribuées sont en pleine croissance.

Les bons outils pour les électriciens

Ces nouvelles catégories d’actifs renouvelables et d’équipements associés découlent de l’électrification de notre société. La production solaire à petite échelle, destinée à un usage communautaire, et les équipements de stockage d’énergie locaux, généralement des batteries au lithium, permettent le stockage d’une énergie produite de manière intermittente. Pour gérer cette nouvelle offre et demande, des systèmes de commande et des logiciels sont en cours de développement, pour aider les utilisateurs finaux à gérer l’ensemble de leurs ressources énergétiques.

La forme de collecte d’énergie solaire de loin la plus courante est l’utilisation de panneaux photovoltaïques qui transforment l’énergie des photons du soleil pour arracher des électrons aux atomes, générant ainsi un flux électrique. La croissance dynamique du photovoltaïque pour la production d’électricité crée une demande toujours croissante de techniciens capables de gérer, d’entretenir et de dépanner les systèmes photovoltaïques, de manière efficace et performante, et d’assurer un fonctionnement sûr du système.

Les techniciens qui assurent l’installation et l’entretien de panneaux solaires, et ceux qui s’occupent des stations de charge de véhicules électriques ont souvent les mêmes compétences. Dans certains cas, si des panneaux solaires de toit sont connectés à une station de charge, la même personne peut être amenée à tester les deux.

Les stations de charge de véhicules électriques sont indispensables pour réduire le temps de charge des véhicules, et fournissent l’infrastructure indispensable à l’adoption des véhicules électriques. Une station de charge fournit une alimentation monophasée ou triphasée avec une tension secteur de 230 ou 400 V, qui permet de recharger les véhicules électriques beaucoup plus rapidement que les 24 à 36 h nécessaires évoqués précédemment. Mais les tensions importantes présentent des défis pour la sécurité des utilisateurs.

Les stations de charge véhicules électriques doivent être testées périodiquement pour garantir la sûreté et l’efficacité du système électrique et, ainsi, pouvoir être utilisées en toute sécurité par les propriétaires de véhicules électriques. Il existe des règles de sécurité locales, des normes internationales et européennes, notamment les normes IEC 60364-6:2016, IEC 60364-7-722:2018 et NF EN IEC 61851-1, auxquelles l’installation et les tests doivent se conformer.

Contrôler la qualité des énergies renouvelables

Alors que la transition vers les énergies renouvelables s’accélère, il est également essentiel que les installateurs et le personnel de maintenance aient accès aux formations et aux instruments adéquats pour mettre rapidement en service les systèmes photovoltaïques et les faire fonctionner de manière optimale. Ces systèmes transforment l’énergie du rayonnement solaire en électricité, mais l’énergie produite est « brute ». Elle fluctue en fonction de l’intensité du rayonnement solaire, et peut poser des problèmes de sûreté.

Un onduleur convertit une tension continue en tension alternative, mais une tension alternative non conditionnée peut générer différents problèmes de qualité d’énergie. Une mauvaise qualité d’énergie peut causer toutes sortes de problèmes aux équipements électriques, notamment à l’éclairage, aux systèmes informatiques, aux variateurs de vitesse et aux moteurs. Les harmoniques peuvent générer des problèmes dans certains composants de l’infrastructure, comme les conducteurs et les transformateurs, tandis que les transitoires, c’est-à-dire les pics de tension soudains, peuvent entraîner la défaillance de certains équipements électroniques sensibles.

Les tests de qualité d’énergie exigent souvent que les techniciens collectent des données sur une certaine période et analysent les résultats. La demande d’appareils portatifs précis, capables d’effectuer des mesures sur les systèmes photovoltaïques a augmenté, notamment pour les installations commerciales, industrielles et à grande échelle (comme les fermes solaires). L’amélioration de la sécurité des opérateurs dans ce domaine est à l’origine d’innovations dans les testeurs spécifiques d’installations solaires, permettant le contrôle périodique des performances et de la sécurité des systèmes photovoltaïques.

Les tests veillent à s’assurer que les systèmes fonctionnent à puissance optimale et en toute sûreté, conformément à la norme IEC 62446-1:2016. Pour effectuer des mesures précises de courbes I-V, des données de rayonnement et de température en temps réel sont indispensables. Une connectivité sans fil, permettant de capturer et de transmettre ces données en temps réel, en fournissant les mesures I-V les plus précises, est, elle aussi, indispensable.

L’électrification a également augmenté l’utilisation de la haute tension continue dans certaines applications comme les panneaux photovoltaïques, les éoliennes, les chemins de fer électriques, les centres de données et les banques de batteries destinées aux onduleurs. Cela a entraîné une demande accrue d’outils de test et de mesure spécialement conçus pour assurer la sécurité des techniciens travaillant dans des environnements allant jusqu’à 1 500 V CC.

Compte tenu des engagements pris en vue de réduire radicalement les émissions de gaz à effet de serre dans l’atmosphère d’ici à 2030, c’est l’infrastructure des stations de charge de véhicules électriques, et la disponibilité de la production d’énergie solaire et éolienne, qui favoriseront l’adoption de tels véhicules. L’Américain Fluke possède toute l’expertise nécessaire dans le domaine électrique, et s’est engagé depuis longtemps à respecter et dépasser les normes de sécurité, tant au niveau de ses produits que de ses formations. Avec des objectifs aussi ambitieux, une coopération est indispensable entre tous les acteurs de l’industrie pour apprendre les uns des autres, et déterminer quels nouveaux outils sont nécessaires à une transition sûre et efficace.