Câble électrique isolé

Un câble isolé conduit le courant électrique le long d’un conducteur métallique entouré d’une matière qui ne conduit pas, si bien que le courant ne peut s’échapper ni dans le sol, ni dans l’eau, ni dans un autre conducteur. En 1795, à Barcelone, Francesc Salvà décrivit des fils enveloppés de papier enduit de poix et réunis en un câble. En 1816, Francis Ronalds enterra un fil de télégraphe dans des tubes de verre au fond de son jardin, à Hammersmith. Les câbles transportent aujourd’hui l’énergie et les signaux sous les rues et au fond des mers.

Ce que c’est

Un fil nu tendu sur des poteaux peut porter le courant parce que l’air sec l’isole. Un câble qui passe sous terre, sous l’eau ou dans un mur a besoin de sa propre isolation : une couche qui ne conduit pas, autour du conducteur, pour que le courant reste dans le métal et ne fuie ni dans la terre, ni dans l’eau, ni dans un conducteur voisin. Le conducteur, qu’on appelle l’âme, est en général en cuivre ou en aluminium. Autour de l’isolant, les câbles posés dans le sol ou dans la mer ajoutent une gaine qui arrête l’eau et une armure qui résiste à l’écrasement et aux coups de pelle.

Il en existe de toutes sortes, du fin cordon souple d’une lampe aux câbles gros comme le bras qui alimentent une ville sous des dizaines de milliers de volts. Un câble peut contenir une seule âme ou plusieurs, chacune avec son isolant, sous une gaine commune. Sa section se choisit selon le courant qu’il doit porter, son isolant selon la tension qu’il doit supporter.

Comment ça marche

Tout conducteur a une certaine résistance, si bien que le courant le chauffe, et d’autant plus que le courant est fort. Une âme de plus grande section porte plus de courant pour le même échauffement. L’isolant doit supporter cette chaleur pendant des décennies : le polyéthylène réticulé des câbles d’énergie actuels est prévu pour 90 °C au niveau de l’âme.

Une âme massive et une âme câblée de même section : la seconde se plie bien plus facilement.

Les grosses âmes sont faites de nombreux fils torsadés ensemble, ce qui les rend assez souples pour être enroulées sur un touret et déroulées dans une tranchée. L’isolant sépare l’âme de tout ce qui se trouve à une autre tension, et son épaisseur augmente avec la tension pour laquelle le câble est construit. Dans les câbles de moyenne et haute tension, le champ électrique se concentrerait sur les arêtes des fils et sur le moindre vide de l’isolant, qu’il finirait par user. Une mince couche semi-conductrice sur l’âme et une autre sur l’isolant égalisent le champ, qui traverse alors l’isolant de manière régulière.

L’eau est l’ennemie de la plupart des isolants, et du papier plus que tout. Pendant des décennies, les câbles d’énergie isolés au papier imprégné d’huile ont été enfermés dans une gaine de plomb sans soudure. Des fils d’acier enroulés sur la gaine la protègent des pierres et des pelles, et un revêtement extérieur, autrefois de jute goudronné, aujourd’hui de plastique, empêche l’acier de rouiller.

Un câble n’est sûr que dans ses limites d’emploi et tant que son isolant est intact. Un isolant abîmé peut mettre sous tension la gaine ou le sol alentour, et un câble surchargé chauffe et peut provoquer un incendie. Avant de creuser, consultez les plans des réseaux enterrés auprès de leurs exploitants. Poser, raccorder ou réparer des câbles d’énergie est le travail d’électriciens qualifiés, avec du matériel certifié.

Histoire et évolution

En décembre 1795, Francesc Salvà présente un télégraphe électrique à l’Académie des sciences de Barcelone. Chaque fil est enveloppé de papier enduit de poix, et les fils sont liés ensemble par d’autres couches de papier en un seul câble, qu’il propose de poser sous la mer. À Munich, Samuel Thomas von Sömmerring construit un télégraphe en 1809 ; pour une démonstration en 1810, il en fait courir les fils autour de toute une maison, enduits d’une solution de caoutchouc puis vernis. En 1812, Pavel Schilling fait sauter des mines de poudre de l’autre côté de la Neva, près de Saint-Pétersbourg, par un câble isolé posé à travers le fleuve.

Ronalds posa chaque fil dans un tube de verre, à l’intérieur d’une auge de bois enterrée et garnie de poix.

En 1816, Francis Ronalds construit un télégraphe électrique dans le jardin de la maison familiale de Hammersmith, au bord de la Tamise. Après des essais avec des fils tendus en l’air, il creuse une tranchée de 160 mètres de long et de 1,2 mètre de profondeur. Chaque conducteur passe dans un étroit tube de verre, les tubes reposent sur de petites cales dans une auge de bois garnie de poix, et les jonctions entre tubes sont couvertes de manchons de verre scellés à la cire molle. Des tronçons de cette ligne, déterrés par des propriétaires ultérieurs, sont conservés dans des musées.

Le télégraphe se répand dans les années 1830 et 1840, et une matière venue d’Asie du Sud-Est rend possibles les câbles sous l’eau : la gutta-percha, latex séché d’arbres du genre Palaquium, qui ramollit dans l’eau chaude, se moule autour d’un fil et durcit de nouveau en refroidissant. En 1848, Werner Siemens pose un câble à travers le port de Kiel, après avoir mis au point une presse qui moule la gutta-percha tiède autour du fil d’un seul tenant, sans couture.

Un câble télégraphique sous-marin des années 1850 : cuivre, gutta-percha, chanvre et armure de fils de fer.

Le premier câble sous la Manche, en 1850, cesse de fonctionner peu après sa pose. En 1851, les frères Jacob et John Brett en posent un durable entre Douvres et Calais, avec deux couches de gutta-percha et une armure de fils de fer. Le premier câble transatlantique, en 1858, fonctionne environ un mois. Celui de 1865 se rompt pendant la pose ; en 1866, le Great Eastern pose un nouveau câble qui fonctionne, puis repêche l’extrémité de celui de 1865 et l’achève.

Les câbles d’énergie arrivent avec l’éclairage électrique. Pour la centrale de Deptford, Sebastian Ziani de Ferranti conçoit des câbles pour 10 000 volts, faits de deux tubes de cuivre concentriques séparés par des couches de papier ciré. Mis en service en 1890, ils restent en usage jusqu’en 1933. L’isolant de papier enfermé dans le plomb devient la règle pour les câbles d’énergie souterrains. En 1955, Frank Precopio et Alfred Gilbert, de General Electric, déposent un brevet sur le polyéthylène réticulé par des peroxydes, et en 1957 l’entreprise en dépose un autre pour l’extruder autour d’un fil comme isolant. Le polyéthylène réticulé commence ensuite à remplacer le papier imprégné dans les câbles souterrains.