Pourquoi les lignes aériennes utilisent l'aluminium (pas le cuivre) : Économie et physique
Choix conducteur : ACSR (Aluminium âme acier) domine
Lignes aériennes transport et distribution utilisent massivement **l'aluminium** (ACSR, AAAC, ACAR, ACCC) plutôt que le cuivre. Décision pilotée par **$/ampère-km** sur durée de vie ligne.
Comparaison quantitative (Par conductivité unitaire)
| Propriété | Cuivre (Cu) | Aluminium (Al) | Ratio Al/Cu |
|---|---|---|---|
| Conductivité (IACS) | 100% | 61% | 0,61 |
| Densité (g/cm³) | 8,96 | 2,70 | 0,30 |
| Conductivité par poids | 1,00 | 2,04 | 2,04× meilleur |
| Coût par kg (approx.) | 8–10 $ | 2–3 $ | 0,25–0,30 |
| Coût par ampère-mètre | 1,00 | 0,15–0,20 | 5–7× moins cher |
| Résistance traction (MPa) | 220–380 (écroui) | 160–300 (alliage) + âme acier | ACSR > Cu |
| Dilatation thermique | 17 ppm/°C | 23 ppm/°C | Al flèche plus → pylônes plus hauts |
Pourquoi l'aluminium gagne pour aérien
- Poids par ampacité : Al transporte 2× courant par kg. Pour ligne 100 km, poids conducteur Al ≈ 50% Cu. → Pylônes plus légers, moins fondations, installation moins chère.
- Coût matière : Al ≈ 1/3–1/4 prix Cu par kg. Combiné avantage poids → **5–7× coût conducteur inférieur par ampère-km**.
- Rapport résistance/poids (ACSR) : Âme acier (19–30% surface) donne résistance traction ; Al porte courant. Composite optimal.
- Corrosion : Al forme Al₂O₃ protecteur. Cu corrode atmosphères soufre/industrielles (patine verte = perte). ACSR âme acier galvanisé/alu résiste rouille.
- Effet peau 60 Hz : δ ≈ 10 mm (Al) vs 8,5 mm (Cu). Conducteurs typiques < 30 mm rayon → effet peau négligeable pour les deux.
Où le cuivre gagne encore
- Câbles souterrains / sous-marins : Gaines espace-contraintes → conductivité/volume gagne. Cu XLPE standard MT/BT. HVDC sous-marin : Cu ou Al (Mass Impregnated / XLPE).
- Câblage bâtiment (circuits terminaux) : Fiabilité raccordement (oxyde Al + dilatation thermique = connexions desserrées → incendies). NEC exige cosses spéciales (CO/ALR) et clé dynamométrique Al > 12 AWG. Cu plus simple, plus sûr.
- Transformateurs / Moteurs / Enroulements : Facteur remplissage encoche, fabricabilité, conductivité thermique. Cu standard.
- Barres omnibus courtes / Haute densité courant : Résistivité plus faible Cu réduit chute tension & pertes espaces compacts.
Conducteurs aériens modernes
- ACSR : Al 1350-H19 + Acier galvanisé/alumineux. Cheval de bataille.
- AAAC / AAC : Alliage Al (6201-T81) / Al pur (1350). Pas acier. Résistance moindre, meilleure corrosion. Portées courtes.
- ACCC (Âme composite) : Fibre carbone/verre + brins Al trapézoïdaux. **2× capacité, 30% moins flèche, 5% pertes en moins.** Coût premium. Héros recâblage.
- ACSS / ACSS/TW : Al recuit (tendre) + Acier/Trapézoïdal. Haute température (200–250°C) pour surpuissance.
Conclusion
Pour lignes aériennes, **la conductivité-par-poids 2× de l'aluminium et l'avantage coût 5–7× par ampère-km en font le choix économique écrasant**. Le cuivre reste roi où volume, fiabilité raccordement, conductivité thermique dominent : enroulements, câbles, barres omnibus, PCB.