On peut observer plusieurs sortes de lignes électriques : ceux à un fil, ceux avec trois fils, et ceux avec un multiple de trois fils sur les pylônes, qui ont 3, 6 ou 9 fils. Les lignes à un seul fil sont utilisés pour les derniers mètres entre le transformateur EDF et la maison. Ce sont en fait deux fils entortillés à basse tension et correspondent à la phase et au neutre.
Sur les fils électriques longue distance, on trouve toujours trois fils, ou des groupes de trois fils :
On pourrait croire que ces trois fils sont les mêmes que les trois fiches que l’on a dans les prises électriques à la maison : la phase, le neutre et la mise à la terre, mais ce serait une grossière erreur ! La façon la plus simple de le prouver est de montrer que la prise de terre n’est pas fournie par EDF, mais est — comme son nom l’indique — directement relié dans le sol sous votre maison. EDF ne gère que deux fils arrivant chez vous.
Alors pourquoi EDF utilise trois fils pour son réseau de distribution ? On va y répondre, en cherchant à comprendre comment fonctionne le réseau de distribution électrique, et pourquoi.
La prise secteur
Déjà, pour une prise secteur, l’énergie est apportée par une seule fiche : la phase. Il s’agit du fil rouge (ou marron, ou noir, ou violet…). C’est sur ce fil là que se trouvent les 230 V à 50 Hz.
Ensuite, pour que le courant circule, il faut une boucle fermée : vos appareils sont donc reliés à un autre fil : le neutre. Ce fil est bleu dans les installations normales. Il correspond à une référence de tension. Ce fil permet simplement le bouclage du circuit et il ne sert pas à transporter d’énergie. Si vous mesurez la tension sur ce fil, vous trouverez 0 V normalement. Plus précisément, les 230 V fournis par EDF correspondent à la tension entre la phase et le neutre.
Enfin, la fiche de terre, qui est rayée jaune et vert, est relié à un piquet planté dans le sol quelque part sous votre maison. Ce fil sert de sécurité : il conduit un éventuel courant de fuite des appareils électriques vers le sol plutôt qu’à travers vous. Un disjoncteur différentiel détecte ce courant de fuite et en conséquence coupe le courant dans la maison, pour vous protéger.
Les fils haute tension d’EDF
Je l’ai dit, le fil de terre chez vous n’est pas lié à EDF et le fil de neutre ne transporte pas d’énergie. EDF n’a donc réellement besoin que de la phase, soit un seul fil, pour transporter de l’énergie. Le neutre est indispensable pour fermer le circuit mais n’est pas relié à la centrale électrique. Il provient du poste de transformation : le neutre et la phase en sortent et vont vers les habitations.
En théorie donc, EDF pourrait utiliser un seul fil pour alimenter votre maison. Pourquoi les trois fils alors ?
En fait, ces trois fils correspondent à trois fils avec chacun une phases ! Le courant est alternatif dans les trois cas, mais les trois signaux sont décalées (on dit « déphasé », d’où le nom de « phase ») :
Le réseau EDF utilisant trois phases est donc dit « triphasé ».
On remarque que si on additionne les trois phases ensembles, la moyenne fait toujours 0 V, soit le neutre ! Ce dernier est créé dans le poste de transformation à partir de la somme des trois phases. Entre la centrale et le poste de transformation, on fait donc l’économie d’un fil de neutre pour chaque phase, ce qui n’est pas une petite économie quand on gère des centaines de milliers de kilomètres de lignes.
L’on doit à Nikola Tesla (et aussi, indépendamment, à Ferraris et à Dolivo-Dobrovolski) l’usage du triphasé pour transporter l’énergie : non seulement ceci permet d’économiser des fils pour le transport, mais ceci constitue également une façon plus efficace pour utiliser l’énergie.
L’utilité du triphasé
Si le 230 V monophasé est acceptable pour une utilisation domestique par des particuliers, la forme sinusoïdale de la tension implique une forme sinusoïdale dans la puissance distribuée, donc avec des hauts et des bas. Certaines machines ne peuvent se permettre ça.
Le moteur triphasé, par exemple, utilise une alimentation triphasé (donc trois fils avec trois phases). Un tel moteur, mis au point par Nikola Tesla, utilise les trois phases de telle façon que la force qu’il produit reste constante :
Les installations industrielles utilisent pratiquement toutes du courant triphasé. EDF le propose également pour des usages particuliers, moyennant finance et sur demande.
De façon plus technique, les sinusoïdes étant dérivées de la géométrie du cercle, et les cercles correspondant à un angle de 360°, et vu que les différentes phases sont décalées de 1/3 de sinusoïde, on dit qu’elles sont déphasées de 120° (ou de $\frac{2\pi}{3}$ en radians). Cette façon de faire permet, avec du 230 V sur chaque phase d’obtenir une différence de tension de 380 V efficace entre deux phases.
Le triphasé permet d’obtenir des tensions plus élevées que le monophasé, avec les mêmes signaux.
D’autres notes à propos du réseau EDF
Le client reçoit donc une ou trois phases de 230 V. Cependant, ceci n’est pas la tension envoyée dans les fils électriques.
Pour réduire les pertes au maximum, et en particulier les pertes par effet Joule qui dépendent de l’intensité du courant, on diminue l’intensité et on augmente la tension. Les lignes hautes tension ont donc différentes tension.
Sur l’image un peu plus haut avec le poteau électrique, les lignes transportent du 20 000 V. Sur l’image d’en-tête avec le pylône, il s’agit de lignes 400 000 V : en France, c’est la tension usuelle pour ce genre de lignes. Dans certains pays où le courant est transporté sur de très longues distances, on peut trouver des lignes à 800 000 V voire à 1 100 000 V. C’est le cas par exemple au Canada ou en Chine. Il existe aussi des lignes intermédiaires (les « petits » pylônes) qui transportent 63, 90 ou 225 kV.
On peut reconnaître les différentes lignes au nombre d’isolateurs en verre qu’ils ont. L’air et l’eau de pluie possèdent une tension de rupture au dessus de laquelle elles deviennent conductrices. Plus la tension transportée est grande, plus les câbles doivent être éloignés du poteau, conducteur et relié au sol. Une ligne de 20 kV possède généralement deux isolateurs en verre. Les lignes de 50 kV en ont cinq. Les lignes à très haute tension de 400 kV en ont une vingtaine.
Enfin, certaines lignes particulières portent du courant continu. C’est le cas par exemple des lignes sous-marines ou souterraines. À de très haute tension, le courant continu provoque moins de pertes. Cependant, l’électricité étant produite par des turbines rotatives (c’est le cas dans les centrales nucléaires, hydroélectriques, géothermiques, éoliennes…), obtenir du courant véritablement continu est plus difficile. Seule une pile chimique, un condensateur ou un panneau photovoltaïque produisent du courant continue à la source.
