Un câble pour la conduction d’un courant électrique sous une moyenne tension, i.e. comprise entre 1 kV et 30 kV ou une haute tension, i.e. supérieure à 30 kV, peut être amené à fonctionner dans un régime transitoire de surcharge. La température de l’âme du câble, par laquelle transite le courant électrique, peut dépasser la température de fonctionnement en régime nominal permanent, qui est généralement d’environ 90 °C.

Le régime transitoire peut durer de plus de dix minutes à plusieurs heures. Certains organes du câble sont sensibles aux variations de température, en particulier la gaine d’isolation de l’organe conducteur de courant. Une telle gaine d’isolation est classiquement formée d’un matériau diélectrique, tel que le polyéthylène réticulé (ou XLPE, acronyme anglais de « Cross Linked PolyEthylene »), ou un élastomère éthylène-propylène de haut grade (ou hEPR, acronyme anglais de « high grade Ethylen Propylen Rubber »). Or, afin d’assurer que le câble ne soit pas dégradé au cours du régime transitoire de surcharge, la température du matériau diélectrique est contrainte à ne pas excéder une température critique pendant une durée, cumulée tout au long de la vie du câble, généralement supérieure à 500 heures. Par exemple, cette température critique est de 105°C pour le XLPE et de 130°C pour le hEPR.

Les possibilités d’agencement au sein du câble des organes constitutifs, ainsi que les dimensions de ces organes, sont directement impactées par la contrainte décrite ci-dessus. Les possibilités de mise en œuvre du câble sont elles aussi impactées, puisque le choix du câble est déterminé par les conditions thermiques auxquelles il est soumis. Par exemple, la température de la gaine d’isolation d’un câble est différente en régime nominal permanent, selon la profondeur d’enfouissement du câble dans le sol et/ou selon l’humidité du sol.

A l’heure actuelle, pour éviter que la température critique du matériau diélectrique de la gaine d’isolation ne soit atteinte, il est connu que l’opérateur mettant en œuvre un tel câble limite la durée de fonctionnement en régime de surcharge transitoire.

Il est aussi connu de CN 103745772 A un câble électrique dont une couche externe comporte un matériau à changement de phase pour réguler la température du câble, et notamment dans le cas d’un auto-échauffement. Un câble comportant un matériau à changement de phase est aussi connu de CN 205264399 U. CN 104036866 A et CN 204303399 U décrivent chacun un câble comportant une couche de remplissage entourant une gaine d’isolation et qui contient un matériau à changement de phase.

DE 10 2009 021287 Al décrit un câble comprenant un organe conducteur logé dans une gaine d’isolation qui contient un matériau à changement de phase, pour augmenter la résistance thermique du câble.

WO 01/01423 Al décrit un câble contenant un matériau à changement de phase disposé à proximité de l’organe conducteur.

JP 2012-087182 A décrit un ruban adhésif comportant un matériau à changement de phase.

WO 2019/138274 Al décrit un procédé pour imprégner un matériau absorbeur d’énergie au sein de la structure d’un câble.

Il existe donc un besoin pour augmenter la durée de fonctionnement en régime transitoire de surcharge et/ou l’intensité maximale du courant conduit par un câble durant un tel régime, tout en limitant la potentielle détérioration du câble.

L’invention répond à ce besoin et propose un câble de conduction d’un courant électrique, de préférence sous une moyenne tension ou une haute tension, le câble comportant une gaine d’isolation et une âme logée dans la gaine d’isolation, l’âme comportant un organe conducteur pour la conduction du courant électrique et une gaine d’écrantage de l’élément conducteur, l’organe conducteur étant logé dans la gaine d’écrantage de l’élément conducteur, l’âme et/ou la gaine d’isolation contenant un matériau à changement de phase.

Lors d’un fonctionnement en régime transitoire de surcharge, la chaleur produite par réchauffement de l’organe conducteur par effet Joule est transmise au matériau à changement de phase dont la température augmente conséquemment. La température du matériau à changement de phase peut alors être supérieure à sa température de changement de phase. Le changement de phase s’opère alors. Il s’accompagne d’une augmentation de l’énergie interne du matériau, ce qui limite l’élévation de la température du matériau à changement de phase et l’élévation de la température de la gaine d’isolation. Le câble selon l’invention peut avantageusement être soumis à de multiples et longs régimes transitoires de surcharge, notamment d’intensité de courant élevée. Une « gaine » est un organe souple, de forme générale tubulaire et creuse s’étendant selon une direction longitudinale, courbe ou rectiligne, et définissant un volume intérieur pour contenir un autre organe. Observé selon la direction longitudinale, la gaine ceinture entièrement l’autre organe.

Par souci de concision et sauf indication contraire, un organe « conducteur », respectivement « isolant » est au sens de l’invention, électriquement conducteur, respectivement électriquement isolant.

Par « moyenne tension », on entend une tension comprise entre 1 kV et 30 kV, et par « haute tension », on entend une tension supérieure à 30 kV.

Le matériau à changement de phase peut être disposé selon au moins une, et notamment plusieurs, des configurations suivantes.

Il peut être logé dans la gaine d’écrantage de l’élément conducteur. Un organe « logé dans la gaine » est disposé au moins partiellement, voire totalement, dans le volume intérieur défini par la gaine.

Le matériau à changement de phase peut être au moins en partie disposé entre l’organe conducteur et la gaine d’isolation.

La gaine d’écrantage de l’élément conducteur peut contenir le matériau à changement de phase. Notamment, la gaine d’écrantage de l’élément conducteur comporte une paroi s’étendant selon une direction d’extension qui peut comporter le matériau à changement de phase.

Le matériau à changement de phase peut être disposé entre l’organe conducteur et la gaine d’écrantage de l’élément conducteur. Il peut être au contact de l’organe conducteur et/ou de la gaine d’écrantage de l’élément conducteur.

Il peut être fixé sur l’organe conducteur et/ou sur la gaine d’écrantage de l’élément conducteur.

L’organe conducteur peut être un fil métallique, notamment en un alliage d’aluminium ou de cuivre. L’alliage d’aluminium, respectivement l’alliage de cuivre, comporte pour plus de 95 %, voire pour plus de 99 % de sa masse, de l’aluminium, respectivement du cuivre. L’organe conducteur est l’élément conducteur du câble. La gaine d’écrantage de l’élément conducteur ainsi une gaine d’écrantage de l’organe conducteur.

L’organe conducteur peut présenter une section ronde ou ovale. L’organe conducteur peut comporter une pluralité de fils métalliques disposés dans la gaine d’écrantage de l’élément conducteur.

Le matériau à changement de phase, notamment sous la forme de particules, peut être disposé entre les fils.

Les fils peuvent être noyés dans un bloc formé par le matériau à changement de phase. Le bloc est de préférence logé dans, et de préférence au contact de, la gaine d’écrantage de l’élément conducteur. Le bloc peut être collé sur la gaine d’écrantage de l’élément conducteur. Le bloc peut gainer chacun des fils.

La pluralité de fils peut former un ou plusieurs torons, ou une ou plusieurs tresses. Le matériau à changement de phase peut être disposé entre les torons ou entre les tresses.

Le matériau à changement de phase peut être disposé dans les interstices entre les fils formant toron.

La ou les tresses et/ou torons peuvent être noyés dans un bloc formé par le matériau à changement de phase tel que décrit ci-dessus.

L’aire de la section de l’organe conducteur qui est transversale à la direction d’extension de l’organe conducteur est de préférence comprise entre 25 mm ² et 2500 mm ² . Elle peut être définie conformément à la norme IEC 60228.

L’âme peut comporter une gaine de régulation thermique comportant le matériau à changement de phase, la gaine de régulation thermique étant disposée entre, et de préférence au contact de, la gaine d’écrantage de l’élément conducteur et l’organe conducteur. La gaine de régulation thermique peut être en un matériau semi-conducteur.

De préférence, l’âme remplit entièrement le volume intérieur défini par la gaine.

L’âme peut présenter une section transversale à la direction d’extension de l’âme, comprise entre 25 mm ² et 2500 mm ² .

Le « diamètre » d’un organe est mesuré dans une section transverse à la direction longitudinale. Il correspond à la plus grande dimension du plus petit cercle dans lequel le contour extérieur de l’organe est inscrit.

La gaine d’écrantage de l’élément conducteur peut contenir une portion du matériau à changement de phase et une autre portion du matériau à changement de phase peut être contenue dans le volume intérieur défini par la gaine d’écrantage de l’élément conducteur. Le matériau à changement de phase présente au moins un changement de phase à une température de changement de phase comprise entre 50 °C et 150 °C. Lors d’une augmentation de température, le changement de phase peut s’effectuer par fusion de l’état solide à l’état liquide, ou par transition de l’état solide vers un autre état solide.

De préférence, le matériau à changement de phase présente une température de changement de phase comprise entre 60 °C et 150 °C, qui est particulièrement bien adaptée à limiter l’élévation de température au sein du câble lorsque la température de la gaine d’isolation dépasse la température de régime nominal permanent.

Par exemple, la température de la gaine d’isolation en régime nominal permanent est comprise entre 85 °C et 90 °C.

Le matériau à changement de phase peut présenter une enthalpie libre de changement de phase, supérieure à 100 J/g, notamment supérieure à 150 J/g, sur la base de la masse de matériau à changement de phase.

Le câble peut présenter une masse linéaire de matériau à changement de phase comprise entre 1 g/m et 100 g/m, de préférence entre 10 g/m et 50 g/m. La masse linéaire de matériau à changement de phase correspond à la masse totale de matériau à changement contenue dans le câble, divisée par la longueur du câble.

Le matériau à changement de phase peut être choisi parmi une paraffine, un acide gras, un acide carboxylique, un sel fondu, un alcool de sucre et leurs mélanges.

Par exemple, le matériau à changement de phase est :

- le produit A95 commercialisé par la société PCM Products®, dont la température de fusion est égale à 95 °C, et/ou

- le pentacontane de formule C50H102 dont la température de fusion est d’environ 92 °C, et/ou

- l’acide pentanedioïque dont la température de fusion est de 92,1 °C, et/ou

- le produit PCM 105 commercialisé par la société Clauger® dont la température de fusion est de 86 °C, et/ou

- le produit RT70HC commercialisé par la société Rubitherm dont la température de fusion est de 69°C, et/ou

- la paraffine RT90 commercialisé par la société Rubitherm dont la température de fusion est de 90°C. Par ailleurs, le matériau à changement de phase peut se présenter au moins en partie, voire entièrement, sous la forme de particules. Il peut ainsi être aisément introduit dans l’âme lors de la fabrication du câble.

La taille des particules de matériau à changement de phase peut être inférieure à 400 pm, voire inférieure à 200 pm, par exemple inférieure à 150 pm.

En particulier, dans la variante où l’organe conducteur comporte une pluralité de fils, notamment formant au moins un toron, le matériau à changement de phase peut se présenter sous la forme de particules logées dans les interstices entre les fils. Les particules peuvent être collées sur le ou les fils. Les particules occupant un volume libre entre les fils, leur introduction n’induit qu’une faible augmentation du volume total du câble.

Par ailleurs, comme indiqué précédemment, la gaine d’écrantage de l’élément conducteur peut contenir le matériau à changement de phase. L’intégration du matériau à changement de phase, notamment sous la forme de particules, dans la gaine d’écrantage de l’élément conducteur simplifie la fabrication du câble. En outre, le matériau à changement de phase étant alors disposé autour de l’organe conducteur, il régule thermiquement l’élévation de température dans le câble selon plusieurs directions.

La gaine d’ écrantage de G élément conducteur participe à homogénéiser le champ électrique induit par le passage du courant dans l’organe conducteur. Elle peut présenter une épaisseur comprise entre 0,1 mm et 5,0 mm, de préférence entre 0,5 mm et 3,0 mm, voire entre 0,5 mm et 2,0 mm.

De préférence, la gaine d’écrantage de l’élément conducteur est en contact avec l’organe conducteur et avec la gaine d’isolation. De préférence, elle est prise en sandwich entre l’organe conducteur et la gaine d’isolation.

La gaine d’écrantage de l’élément conducteur comporte de préférence un composé semi-conducteur.

Le composé semi-conducteur peut comporter une matrice polymérique, notamment comportant un copolymère d’éthylène réticulé, et une charge dispersée dans la matrice, la charge comportant des particules de noir de carbone.

Dans la variante où la gaine d’écrantage de l’élément conducteur comporte le matériau à changement de phase, la charge comporte de préférence des particules du matériau à changement de phase. La teneur massique de matériau à changement de phase, exprimée en pourcentages sur la base de la masse de la charge, est comprise entre 40 % et 80 %.

Le matériau à changement de phase peut être réparti de manière homogène dans la gaine d’écrantage de l’élément conducteur.

La gaine d’écrantage de l’élément conducteur peut être multicouche. On facilite ainsi l’intégration du matériau à changement de phase dans le câble.

La gaine d’écrantage multicouche peut être formée par coextrusion sur l’organe conducteur. Ainsi, chaque couche de la gaine d’écrantage multicouche s’étend selon la direction d’extension du câble.

Selon une variante préférée, la gaine d’écrantage de l’élément conducteur peut comporter un ruban enroulé autour de la direction d’extension de l’élément conducteur. En particulier, la gaine d’écrantage de l’élément conducteur peut être formée par le ruban.

Le ruban peut notamment être enroulé en hélice autour de la direction d’extension de l’organe conducteur. En particulier, les enroulements consécutifs du ruban peuvent se chevaucher l’un sur l’autre.

Le ruban peut être multicouche et comporter des couches inférieure et supérieure et une couche interne contenant, voire constituée par le matériau à changement de phase, la couche interne étant prise en sandwich entre les couches inférieure et supérieure.

De préférence, la couche interne présente une épaisseur comprise entre 1,0 mm et 2,0 mm.

Les couches inférieure et supérieure peuvent être en un matériau textile, notamment tissé ou non-tissé, par exemple formé de fibres polyacrylate ou polyester.

Les couches inférieure et supérieure peuvent être en un matériau polymère thermofusible. Notamment, elles peuvent être en un matériau textile dont les fibres sont thermo fusibles.

La couche interne peut comporter un matériau thermofusible, qui lie la couche interne aux couches inférieure et supérieure.

La gaine d’isolation peut comporter, voire peut consister, en un matériau diélectrique choisi parmi, un copolymère éthylène-propylène de qualité dure, le polyéthylène réticulé, le polypropylène (PP), le polyéthylène haute densité (HDPE) et leurs mélanges.

En particulier, la gaine d’isolation peut comporter ledit matériau diélectrique et le matériau à changement de phase. En particulier, ledit matériau diélectrique peut former une matrice dans laquelle le matériau à changement de phase, notamment se présentant sous la forme de particules, est dispersé.

La gaine d’isolation peut présenter une épaisseur comprise entre 3 mm et 30 mm.

Par ailleurs, le câble peut comporter une gaine d’écrantage d’isolant dans laquelle la gaine d’isolation est logée. La gaine d’écrantage d’isolant est de préférence au contact de la gaine d’isolation. La gaine d’isolation peut être prise en sandwich entre la gaine d’écrantage d’isolant et la gaine d’écrantage de l’organe conducteur. La gaine d’écrantage d’isolant, la gaine d’isolation et la gaine d’écrantage de l’élément conducteur peuvent être fabriquées par coextrusion.

Il peut comporter une bande textile pour absorber l’eau en provenance de l’environnement du câble, qui peut ceinturer la gaine d’écrantage d’isolation.

Le câble peut encore comporter une gaine de blindage métallique, par exemple en aluminium ou en cuivre, ceinturant la bande textile, qui est destinée à être reliée à la terre afin d’évacuer les courants de fuite et de court-circuit.

Le câble peut comporter une bande métallique, par exemple en acier galvanisé qui assure une protection mécanique vis-à-vis de l’environnement externe, et qui peut être disposée autour de la gaine de blindage.

Il peut comporter une gaine extérieure de protection en un élastomère, par exemple en polyéthylène, dans laquelle sont logés l’ensemble des organes constitutifs du câble décrits ci-dessus.

Par ailleurs, le câble peut être adapté à la conduction d’un courant dont l’intensité est comprise entre 100 A et 2000 A et/ou sous une tension électrique supérieure à 1 kV, voire supérieure à 30 kV.

L’aire de la section du câble qui est transversale à la direction d’extension du câble est de préférence comprise entre 25 mm ² et 2500 mm ² .

Par ailleurs, l’invention concerne un procédé de fabrication d’un câble selon l’invention.

Selon un premier de ses aspects, le procédé comporte la formation d’une gaine d’écrantage de l’élément conducteur en revêtant un organe conducteur par un composé semi- conducteur comportant un matériau à changement de phase. Le procédé peut comporter une étape de passage au sein d’une filière, de l’organe conducteur revêtu de la gaine d’écrantage de l’élément conducteur. La gaine d’écrantage de l’élément conducteur peut ainsi présenter un profil prédéterminé.

Par ailleurs, le procédé peut comporter, préalablement à la formation de la gaine d’écrantage de l’élément conducteur, la préparation du composé semi-conducteur.

La préparation du composé semi-conducteur peut comporter le mélange d’au moins une matière première polymérique, d’au moins une matière première comportant le noir de carbone et d’au moins une matière première comportant le matériau à changement de phase. La matière première comportant le noir de carbone peut se présenter sous la forme d’une poudre, notamment formée de particules agglomérées entre elles. Optionnellement, un agent antioxydant et/ou un peroxyde peuvent être ajoutés au mélange. Le peroxyde permet d’opérer la réticulation du copolymère d’éthylène après que l’organe conducteur soit revêtu par le mélange.

Le mélange des matières premières peut être effectué au sein d’une extrudeuse bi-vis. La vitesse de rotation de chacune des vis peut être comprise entre 20 tours par minute et 200 tours par minutes, pour homogénéiser le mélange.

Le composé semi-conducteur peut présenter une structure homogène. Il peut notamment comporter une matrice polymérique et une charge dispersée dans la matrice, la charge comportant des particules de noir de carbone et des particules de matériau à changement de phase.

La matrice polymérique peut comporter un précurseur du copolymère d’éthylène, par exemple choisi parmi le polyéthylène, G éthylène-acétate de vinyle, le polyéthylène haute densité et leurs mélanges.

Les quantités en matières premières sont déterminées de sorte que le composé semi-conducteur présente la composition telle que décrite ci-dessus.

Pour préparer le composé semi-conducteur, les matières premières comportant le matériau polymère peuvent se présenter sous la forme de pastilles.

La température à laquelle le composé semi-conducteur est préparé peut être comprise entre 110°C et 250°C. De préférence, elle est supérieure à la température de changement de phase du matériau à changement de phase. Selon une variante, le composé semi-conducteur peut se présenter sous la forme d’un ruban, notamment multicouche, et le procédé comporte l’enroulement du ruban autour de l’organe conducteur et de préférence au contact de l’organe conducteur.

L’enroulement peut être effectué de sorte que les spires du ruban sont enroulées en hélice autour de la direction d’extension de l’organe conducteur.

De préférence, l’enroulement comporte le recouvrement des spires consécutives du ruban les unes sur les autres.

Le ruban multicouche peut être formé en selon une méthode comportant l’intégration, entre deux feuilles d’un matériau à changement de phase de manière à former le ruban. L’intégration est de préférence réalisée sous la forme d’une couche interne comportant le matériau à changement de phase, qui présente de préférence une épaisseur comprise entre 1,0 mm et 2,0 mm.

La méthode peut comporter le laminage du ruban pour assurer l’homogénéité de l’épaisseur du ruban et pour améliorer la cohésion du ruban.

Au moins une, voire les deux feuilles peuvent être en un matériau polymérique ou, de préférence, en un matériau textile.

Le matériau textile peut être choisi parmi un tissé ou un non-tissé, par exemple un voile. Le matériau textile ou le matériau polymérique peuvent comporter du polyester et optionnellement du noir de carbone.

Par ailleurs, la méthode peut comporter l’intégration, conjointement au matériau à changement de phase, de fibres thermo fusibles entre les feuilles, pour améliorer la cohésion du ruban, et améliorer la continuité électrique entre les faces opposées du ruban.

Le collage des feuilles par l’intermédiaire des fibres thermo fusibles peut être réalisé au moyen d’un élément chauffant appliqué en surface d’une ou des deux feuilles.

Le collage des feuilles peut être réalisé conjointement au laminage du ruban. Par exemple, le collage peut être effectué au moyen de rouleaux de laminage chauffés à une température supérieure à la température de fusion du polymère thermofusible.

De préférence, quelle que soit la variante de préparation du composé semi- conducteur, la matière première comportant le matériau à changement de phase est formée de particules présentant un diamètre compris entre 45 pm et 150 pm.

L’épaisseur du composé semi-conducteur peut être comprise entre 0,5 mm et 4,0 mm. Par ailleurs, selon un deuxième de ses aspects, le procédé comporte les étapes successives suivantes consistant à

ai) revêtir au moins partiellement plusieurs fils métalliques avec un matériau à changement de phase, et

bi) assembler, notamment toronner, les fils revêtus de façon à former un organe conducteur.

De préférence, le procédé selon le deuxième aspect comporte une étape ci) optionnelle, successive à l’étape bi), consistant à ceinturer l’organe conducteur avec une gaine formée d’un composé semi-conducteur comportant une matrice polymérique et une charge dispersée dans la matrice, la charge comportant des particules de noir de carbone.

De préférence, à l’étape ai), on dépose des particules de matériau à changement de phase sur une partie de la surface de chacun des fils. Par exemple, les particules peuvent être chauffées à une température suffisante pour être adhérentes sur la surface du fil après refroidissement.

Dans une variante, le matériau à changement de phase peut être chauffé jusqu’à une température où il est liquide et forme un bain, et on peut immerger le fil dans le bain de manière à le revêtir.

Selon un troisième de ses aspects, le procédé peut comporter en succession :

- une étape de préparation d’un mélange comportant le matériau à changement de phase, un polymère diélectrique, de préférence choisi parmi le polyéthylène, le polypropylène et leurs mélanges, et un peroxyde pour réticuler le polymère diélectrique,

- une étape de revêtement de l’âme avec le mélange de manière à former la gaine d’isolation, puis

- une étape de durcissement du polymère diélectrique par réticulation.

La préparation du mélange peut comporter l’ajout d’un antioxydant de manière à accélérer le déclenchement de l’étape de réticulation. En variante, l’antioxydant peut être introduit par imprégnation de la gaine d’isolation en fin d’étape de revêtement.

L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée et du dessin annexé dans lequel

[Fig 1] représente en écorché un câble selon un exemple de réalisation de l’invention,

[Fig 2] représente le câble de la figure 1 vu selon la direction longitudinale du câble, [Fig. 3] représente en vue en coupe selon un plan contenant la direction longitudinale, la gaine d’écrantage de l’élément conducteur d’un câble selon un autre exemple de réalisation de l’invention,

[Fig. 4] représente un autre exemple de réalisation de câble vu selon la direction longitudinale,

[Fig 5] est un graphique représentant, pour différents câbles selon l’invention et hors invention, l’évolution de la température de différents organes de différents câbles au cours et suite à l’application d’une surcharge de puissance électrique, et

[Fig 6] est un graphique représentant, pour différents exemples de câbles selon l’invention, l’augmentation relative par rapport à un câble de référence, du courant maximal pouvant être conduit lors d’un régime transitoire de surcharge.

On a représenté sur la figure 1 un câble 5 selon un exemple de réalisation de l’invention. Le câble s’étend selon une direction longitudinale X.

Il comporte un organe conducteur 10, formé d’un toron 12 de fils 17 d’aluminium. Les fils peuvent être en un autre métal conducteur, par exemple en cuivre. Par ailleurs, dans une variante non illustrée, l’organe conducteur peut comporter plusieurs torons.

L’organe conducteur est au contact d’une gaine d’écrantage de l’élément conducteur 15 qui comporte une matrice en un copolymère d’éthylène, dans laquelle sont dispersées des particules de noir de carbone, aussi dénommé particules de noir d’acétylène, ainsi que des particules d’un matériau à changement de phase 50. La gaine d’écrantage de l’élément conducteur présente une épaisseur comprise entre 1,0 mm et 5,0 mm, de préférence entre 1,0 et 2,0 mm. L’organe conducteur est fixé sur la gaine d’écrantage de l’élément conducteur.

L’ensemble formé par l’organe conducteur et par la gaine d’écrantage de l’élément conducteur forme une âme 20.

L’âme est au contact d’une gaine d’isolation 25, par exemple formée de polyéthylène réticulé (XLPE) qui présente des propriétés diélectriques pour isoler électriquement l’âme des autres organes constituant le câble. L’âme est fixée sur la gaine d’isolation.

Le câble comporte une gaine d’écrantage d’isolant 30 ceinturant la gaine d’isolation et en contact avec cette dernière. La gaine d’écrantage d’isolant est formée d’un composé semi-conducteur, comportant une matrice en un copolymère d’éthylène, dans laquelle sont dispersées des particules de noir de carbone, aussi dénommé particules de noir d’acétylène. Par exemple, elle présente une épaisseur inférieure ou égale à celle de la gaine d’écrantage de l’élément conducteur 15.

L’organe conducteur, la gaine d’écrantage de l’élément conducteur et la gaine d’isolation s’étendent selon la direction longitudinale.

Le câble comporte en outre :

- une bande 35 constituée d’un polymère gonflant super-absorbant pour bloquer la pénétration de l’humidité environnante,

- une gaine de blindage métallique 40 ceinturant la bande 35 et destinée à être reliée à une masse électrique, et

- une gaine de protection extérieure 45 en polyéthylène pour protéger les organes qu’elle ceinture de l’humidité et de la corrosion.

Dans l’exemple de la figure 1, la gaine d’écrantage de l’élément conducteur comporte en outre le matériau à changement de phase.

Le matériau à changement de phase peut être sous la forme de particules dispersées au sein de la matrice.

Dans une variante, illustrée sur la figure 3, la gaine d’écrantage de l’élément conducteur 15 est une structure multicouche, comportant une couche 52 comportant le matériau à changement de phase 50, prise en sandwich entre deux couches 55, 56 formées chacune du matériau composite, ou être en un matériau textile.

L’épaisseur e _ge de la gaine d’écrantage de l’élément conducteur, mesurée selon une direction radiale, normale à la direction longitudinale, est par exemple comprise entre 0,1 mm et 5 mm.

La figure 4 illustre un autre exemple de réalisation du câble selon l’invention. Il diffère de l’exemple illustré sur les figures 1 à 3 en ce que le matériau à changement de phase est contenu dans le volume intérieur 60 défini par la gaine semi conductrice. Le matériau à changement de phase se présente par exemple sous la forme de particules au contact des fils formant le toron. Les particules sont notamment logées dans les interstices 65 définis entre les fils du toron.

Dans un exemple d’un câble selon l’invention non illustré, la gaine d’écrantage de l’élément conducteur comporte, en volume, une portion du matériau à changement de phase, comme illustré sur les figures 1, 2 ou 3, et une autre portion du matériau à changement de phase est contenue dans le volume intérieur défini par la gaine d’écrantage de l’élément conducteur, comme illustré sur la figure 4.

La figure 5 représente l’évolution, en fonction du temps t des températures T, exprimées en °C, de différents organes de deux exemples 1 et 2 de câbles selon l’invention, tels qu’illustrés sur la figure 1, et d’un câble de référence hors invention. Le câble de référence est identique à celui de la figure 1, mais est exempt de matériau à changement de phase. Il correspond à un câble de référence ARE4H5E, 30 kV commercialisé par la société NEXANS.

Le matériau à changement de phase présente une enthalpie libre de changement de phase de 200 J/g, ainsi qu’une température de changement de phase égale à 90°C.

L’épaisseur de la gaine d’écrantage de l’élément conducteur des câbles des exemples 1 et 2 est respectivement de 1 mm et 2 mm.

L’évolution de température indiquée sur le graphique a été calculée au moyen du logiciel de simulation thermique COMSOL® Multiphysics.

Les courbes 101, 102 et 103 représentent respectivement les évolutions de la température de l’organe conducteur, de la température de la gaine d’isolation et de la température de la gaine extérieure de protection du câble de l’exemple 1.

Les courbes 105, 106 et 107 représentent respectivement les évolutions de la température de l’organe conducteur, de la température de la gaine d’isolation et de la température de la gaine extérieure de protection du câble de l’exemple 2.

Les courbes 111, 112 et 113 représentent respectivement les évolutions de la température de l’organe conducteur, de la température de la gaine d’isolation et de la température de la gaine extérieure de protection du câble de référence, hors invention.

Préalablement à l’instant to, les câbles conduisent un courant électrique selon un régime nominal permanent 120. Pour chaque câble, la température de chacun des organes qui la constitue est constante dans le temps. La température de l’organe conducteur est supérieure à la température de la gaine d’isolation qui est supérieure à la température de la gaine extérieure de protection.

A l’instant to, un régime transitoire de surcharge 125 est appliqué, au cours duquel l’intensité du courant appliqué peut être augmentée de 75 % pour des durées de transitoire de l’ordre de 900 s par rapport au régime nominal permanent. Le régime transitoire est appliqué jusqu'à l'instant ti, soit pendant une période de 900 secondes. À compter de l'instant ti, un régime nominal permanent 130 est rétabli, et les températures des différents organes des câbles retournent vers leur valeur d'équilibre du régime nominal permanent 120.

Comme cela est observé sur la figure 5, l'élévation de température de la gaine d'isolation est plus faible en présence d'une gaine d'écrantage de l’élément conducteur comportant le matériau à changement de phase, notamment d'épaisseur égale à 2 mm. En particulier, l'élévation de température de la gaine d'isolation est au maximum réduite de DT ₂ ~14,1 °C pour l’exemple 2 et de DTi~6,7 °C pour l’exemple 1.

Les câbles des exemples 1 et 2 réduisent donc le risque d'endommagement du câble.

En outre, en régime de surcharge, ils peuvent conduire un courant d'intensité supérieur à celui que le câble de référence peut conduire avant d'être endommagé, pour une durée de régime transitoire de surcharge identique.

Alternativement, pour un régime transitoire de surcharge consistant à faire conduire un même courant par les câbles des exemples 1 et 2 et par le câble de référence, les câbles des exemples 1 et 2 peuvent être soumis à un régime transitoire de plus longue durée que le câble de référence, avant que la température de la gaine d'isolation n'atteigne la valeur maximale admissible.

Le tableau 1 présente, pour des durées de régime transitoire de surcharge de 900, 3600 et 7200 secondes, la puissance et le courant maximal pouvant être conduits par le câble de référence, et par les exemples 1 et 2 pour que la température de la gaine d'isolation atteigne la valeur maximale admissible de 105 °C, lorsque la gaine d'isolation est constituée de polyéthylène réticulé.

Comme cela est observé dans le tableau 1, les câbles des exemples 1 et 2 peuvent conduire un courant maximal de surcharge plus élevé que le câble hors invention. Notamment, par rapport au câble de référence, le courant peut être plus de 10 % plus élevé pour l’exemple 2 et pour une durée du régime transitoire de surcharge de 7200 secondes. Il peut être de 26 % supérieur, pour une durée du régime transitoire de surcharge de 900 secondes.

[Tableau 1]

La figure 6 représente, en fonction de la durée d'un régime transitoire de surcharge, l'augmentation relative A, exprimée en pourcents, du courant maximal pouvant être appliqué un câble selon invention par rapport un câble de référence hors invention, pour différentes dispositions du matériau à changement de phase au sein du câble.

Les courbes Ci, avec i= 1,2, 4, 5, 6 et 7 correspondent aux exemples i= 1,2, 4, 5, 6 et 7 décrits dans le tableau 2.

Le tableau 2 présente, pour les différents exemples de câbles selon l'invention, la masse linéaire de matériaux à changement de phase contenue dans le câble, le diamètre de l'organe conducteur, et le diamètre du câble.

[Tableau 2]

Pour les exemples 1 à 3, le matériau à changement de phase est contenu dans la gaine d'écrantage de l’élément conducteur, qui présente respectivement une épaisseur de 1 mm, 2 mm et 3 mm.

Pour les exemples 4 et 5, le matériau à changement de phase est disposé entre les fils du toron de l’organe conducteur. L'espacement entre les fils pour les exemples 4 et 5 respectivement égale 0,2 mm et 0,4 mm. L’espacement entre les fils est déterminé par les conditions de fabrication du toron.

Pour les exemples 6 et 7, une portion du matériau à changement de phase est contenue dans la gaine d'écrantage de l’élément conducteur qui présente une épaisseur de 1 mm, et une autre portion du matériau à changement de phase est disposée entre les fils constituant le toron de l'organe conducteur, selon la même disposition que dans les exemples 4 et 5.

Le tableau 3 présente les valeurs d'augmentation de courant maximal, représentées dans la figure 5, pour des durées de régime transitoire de surcharge égale respectivement à 900 secondes et 12600 secondes.

[Tableau 3]

La durée du régime transitoire de surcharge n’est pas limitative. Elle est par exemple comprise entre 100 s et 18000 s.

Comme cela apparaît clairement à la lecture de la présente description, le câble selon l'invention peut être soumis à des conditions de fonctionnement en régime transitoire de surcharge particulièrement contraignantes.

Bien évidemment, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits, et aux exemples présentés à titre illustratives.