Avec le développement des réseaux à courant continu dans l’industrie, on assiste au retour du courant continu. Porté à l’origine de l’électrification par Thomas Edison, le courant continu est passé au second plan, mais n’a jamais disparu, avec le développement du courant alternatif et les inventions et brevets de Nikola Tesla, promoteur des réseaux en courant alternatif qui se sont rapidement développés. Cette controverse technique a alors été appelée « guerre des courants », avant que Nikola Tesla ne gagne la bataille.
Depuis ses premières utilisations au XIXe siècle dans l’éclairage, le courant continu a toujours été utilisé, car il offre une tension stable et prévisible. Cette propriété le rend particulièrement adapté aux circuits électroniques sensibles, aux systèmes de stockage d’énergie, à la recharge des véhicules électriques de forte puissance et à de nombreux autres domaines nécessitant une alimentation constante.
L’un de ses principaux avantages est aussi son efficacité dans la conversion et le transport d’énergie. Contrairement au courant alternatif, le courant continu ne souffre pas de pertes liées à la puissance réactive, ce qui en fait un choix plus efficace pour une variété d’applications. Cette efficacité accrue peut entraîner des économies d’énergie et des coûts d’exploitation réduits.
« Le courant continu (DC) s’impose progressivement comme alternative à l’AC, porté par l’essor des datacenters, des énergies renouvelables (PV, batteries) et des charges spécifiques déjà éprouvées (marine, ferroviaire, électronique…). Le DC transporte 1,28 fois plus de puissance qu’un câble AC de même section. En datacenter, il génère + 10 % d’efficacité énergétique, – 15 % de coûts d’installation et – 5 % d’espace. Il simplifie l’intégration des sources distribuées (solaire, stockage, piles à combustible) sans contraintes de synchronisation, ouvrant la voie aux microgrids industriels hybrides DC/AC. Mais il y a encore un chemin normatif et de standardisation (tensions par exemple) à parcourir, ainsi que sur le plan du cadre légal et réglementaire, qui avance bien au niveau européen », rappelle Loïc Chassignol.
Dans un contexte de développement du « tout-électrique » et de l’électrification des process avec des sources d’énergie neutres en carbone, l’utilisation du courant continu se développe avec l’apparition de réseaux à courant continu sur des sites sous la forme de microréseaux DC, mais aussi de sites industriels utilisant majoritairement le courant continu pour de très fortes puissances.
« Le paysage énergétique subit une transformation profonde, menée par les demandes croissantes d’une société entièrement électrique et l’essor de la production d’énergie renouvelable et décentralisée, note Yannick Neyret, président de Current/OS et directeur de l’innovation, division produits énergétiques, Schneider Electric. Ce changement a créé une pression significative sur l’offre et la demande, appelant à un nouveau paradigme technologique. Alors que le courant alternatif (AC) a historiquement façonné notre réseau électrique, le courant continu (DC) domine désormais l’utilisation et gagne rapidement du terrain dans la production d’énergie. Les microréseaux hybrides AC/DC émergent comme l’avenir des systèmes énergétiques, offrant une solution convaincante pour soulager la congestion du réseau, assurer la stabilité du réseau grâce à des capacités de contrôle améliorées et permettre des fonctionnalités avancées avec les produits DC. »
Qu’il s’agisse de moderniser une usine ou d’en construire une nouvelle, la première étape consiste à identifier les charges qui doivent fonctionner directement en courant continu, notamment l’éclairage et les services techniques du bâtiment, les systèmes photovoltaïques, le stockage et l’équipement de production. Le choix de la technologie de stockage et l’emplacement de son installation, centralisée ou proche des machines concernées, doivent également être évalués. Un autre facteur clé est de savoir si l’usine comprendra des stations de recharge pour les véhicules électriques. « Au départ, la conception d’un réseau à courant continu n’est pas différente de celle d’un réseau à courant alternatif », explique Matthias Unruhe, directeur de la gestion des installations chez Phoenix Contact.
L’utilisation du courant continu dans l’industrie va apporter plusieurs avantages avec l’intégration d’énergies renouvelables (photovoltaïque, éolien) injectées directement avec des convertisseurs DC/DC ou l’utilisation de stockage d’énergie avec une efficacité énergétique accrue en réduisant les conversions AC/DC ou DC/AC. Le courant continu est aussi adapté à des équipements électroniques, pour l’éclairage ou les systèmes de climatisation et la recharge des véhicules électriques. Une fois la planification du projet terminée, la mise en œuvre commence, ce qui soulève des questions sur les plages de tension et la sélection des composants. Pour les applications industrielles, l’Open DC Alliance (ODCA) propose un concept de système qui répond à bon nombre de ces questions.
Nexans a transformé son centre de recherche AmpaCity de Lyon en démonstrateur de microréseau à courant continu
Développé en collaboration avec des partenaires clés de l’écosystème, notamment Schneider Electric et VINCI Energies Building Solutions, ce projet s’inscrit dans le cadre des premiers projets pilotes Current/OS déployés en France, et marque une avancée significative dans le développement des systèmes énergétiques de nouvelle génération pour les bâtiments.
Le courant continu (DC) offre une alternative convaincante, permettant une meilleure efficacité énergétique, une résilience accrue, une réduction des pics de demande et une intégration plus fluide des sources d’énergies renouvelables. Cependant, le déploiement d’une architecture DC au niveau des bâtiments nécessite des approches novatrices en matière de conception des installations électriques, d’interopérabilité et de sécurité. Pour relever ces défis, Nexans transforme une partie de son site AmpaCity en un environnement entièrement opérationnel alimenté en courant continu. Ce projet pilote de nouvelle génération comprend un bus de distribution principal en 700 VDC qui alimente les postes de travail via USB-C, les systèmes d’éclairage, un système de stockage par batterie de 14,4 kWh et deux bornes de recharge rapide de 30 kW pour véhicules électriques. Le système est connecté par un câble de bus Nexans spécifique pour le courant continu et relié au réseau courant alternatif via un convertisseur AC/DC intégré par Schneider Electric. Une installation photovoltaïque sera ajoutée lors de la deuxième phase du projet.
« Ce projet pilote constitue une étape clé dans notre ambition d’accélérer l’adoption du courant continu dans les bâtiments, explique Jérôme Fournier, vice-président innovation chez Nexans. En travaillant en étroite collaboration avec des partenaires tels que Schneider Electric et VINCI Energies Building Solutions, nous pouvons tester, valider et affiner les architectures DC dans des conditions réelles. Cette approche pratique nous permet de développer des solutions fiables et interopérables qui améliorent l’efficacité, les performances et la sécurité, tout en préparant nos clients à l’avenir des infrastructures électrifiées grâce à des innovations de pointe. »
Ce développement consolide également le portefeuille de câbles de la gamme DC Series de Nexans, qui propose des solutions de câbles DC basse tension dédiées, conçues pour les bâtiments commerciaux et résidentiels, les infrastructures publiques et les centres de données. Le câble DC de Nexans déployé dans le site de démonstration d’AmpaCity peut être directement utilisé dans les centres de données. Il ouvre la voie à de futures normes en matière d’architecture, de câblage et d’électronique de puissance en 700-800 V DC. Cette approche pose les bases d’infrastructures plus efficaces et évolutives, adaptées aux besoins énergétiques croissants du secteur numérique. Car c’est aussi dans ce secteur numérique, et en particulier dans les datacenters de l’IA, que se développe sous l’impulsion de nVidia l’utilisation du 800 V DC pour alimenter des racks de 1 MW et au-delà et remplacer le 54 V DC.
Pour Andrea Quarteroni, responsable de la New Electrical Distribution League chez Schneider Electric, « le courant continu représente une opportunité majeure de repenser la manière dont l’énergie est distribuée et gérée au sein des bâtiments. Grâce à cette collaboration avec Nexans, nous combinons notre expertise pour fournir des systèmes intégrés et prêts pour l’avenir qui améliorent l’efficacité et permettent une utilisation plus intelligente de l’énergie ».
La nouvelle usine « All Electric Society Factory » de Phoenix Contact : un exemple de réseau DC à l’échelle d’une usine
Le nouveau bâtiment de Phoenix Contact à Blomberg (Allemagne) exploite pleinement le potentiel des énergies renouvelables. Son propre réseau industriel de courant continu sert de modèle public et d’objet de recherche concernant la nouvelle technologie haute tension DC.
L’usine All Electric Society Factory atteint un maximum de flexibilité, d’efficacité et de stabilité en couplant tous les secteurs concernés par le courant continu. Elle optimise également l’ensemble de la chaîne énergétique, de la production et de la distribution au stockage et à la consommation, étant donné que bon nombre de ces secteurs fonctionnent déjà en grande partie sur la base du courant continu.
Le réseau DC est alimenté par 700 kW du réseau AC, tandis que les convertisseurs DC/DC raccordés à l’énergie photovoltaïque ajoutent 120 kW directement au bus DC. Deux branches alimentent les machines de production et récupèrent l’énergie régénérative des robots et des entraînements. Dix bornes de recharge DC (2 × 150 kW, 8 × 60 kW) desservent le parking. L’énergie excédentaire est stockée dans le système de batteries couplées au courant continu ou réinjectée dans le réseau public de courant alternatif via des convertisseurs bidirectionnels. PLCnext Engineer gère les charges du réseau DC au niveau du secteur et de l’ensemble du réseau. Le disjoncteur miniature ELR HDC commute en toute sécurité les charges DC, combinant protection, commutation, surveillance, précharge et capacité de réseau. Les connecteurs DC ArcZero permettent des connexions sans arc électrique, tandis que les compteurs DC EMpro enregistrent tous les flux d’énergie.
« En fin de compte, la mise en œuvre de systèmes à courant continu est moins complexe qu’il n’y paraît. Avec des composants adaptés, des avancées réglementaires et une expertise croissante, notamment grâce à l’Open DC Alliance, l’adoption devient de plus en plus pratique », conclut Matthias Unruhe.
Propos recueilli par Jean-Paul Beaudet
