INFRASTRUCTURE  
Maintenance Magazine 168 – mai 2024

Maintenance des câbles sous-marins

Les câbles de télécommunications et d’énergie tapissent les fonds marins. Leur fonctionnement optimal ne dépend pas uniquement d’une installation correcte et d’un entretien approprié. La nature amène ses défis particuliers et les flottes fantômes représentent aujourd’hui un grand risque. Nous avons demandé à Geert Moerkerke (52), responsable des actifs en mer chez Elia, qui gère plus de 9.000 km de lignes haute tension sur terre et en mer, comment le gestionnaire du réseau de transport d’électricité surveille et limite les phénomènes.

Elia surveille le tracé des câbles d’énergie dans le canal. Une fois par an au moins, la trajectoire est cartographiée au sonar, de la plage à la plateforme en mer ou, dans le cas d’une interconnexion, d’une côte à l’autre. Des navires, travaillant en équipes de 12 ou 24 heures font le travail.

« L’image acoustique d’un corridor large de 100 mètres nous apprend comment se déplace le fond marin. Ici, il est très mobile », nous dit Geert Moerkerke. Les dunes de sable se déplacent sous l’effet des courants, des marées, des tempêtes, … Les câbles risquent alors d’être déterrés, ce qui les rend plus vulnérables lors d’activités en mer, avec les filets de pêche et les chaluts à perche qui raclent les fonds marins de 30 à 40 cm, selon le type de sol, les déblais de dragage déversés, l’ancre des navires …

La profondeur d’ensouillage légalement imposée pour les câbles sous-marins en Belgique est d’un mètre ‘at all times’, indique Geert Moerkerke. « Lors du placement des câbles, Elia tient compte de plusieurs risques et pas uniquement de la mobilité du fond marin et la proximité de zones d’extraction de sable ou de décharge. Nous examinons les navires qui suivent le tracé. Plus les navires sont grands et leur port en lourd (DWT) élevé, plus l’ancre est imposante. Les très grands navires doivent généralement rester dans les routes maritimes, « mais nous essayons d’estimer le risque d’ancrage accidentel ou d’urgence. » Chaque type de fond – sable meuble, sable compacté, boues, argile dure … – possède sa propre résistance et offre une certaine protection lors de l’enfoncement des ancres.

Lors de la conception l’évaluation des risques aboutit à une profondeur d’ensouillage requise, qui est plus prudente que le mètre imposé dans le permis. « Nous nous trouvons à une profondeur d’un à trois mètres et nous enlevons la couche supérieure ‘mobile’ lors de l’ensouillage du câble ». Il peut s’agir de vagues de sable de 4 à 6 m voire 8 m localement. « Nous l’enlevons par dragage jusqu’à un niveau de référence du sol marin, le niveau le plus bas attendu sur 5, 10 ou 15 ans. Puis nous descendons 3 mètres en dessous. » Le câble est déposé dans une souille qui est ensuite remblayée de sable de dragage thermiquement adapté. La profondeur d’ensouillage des câbles de télécommunications est moins conservatrice et respecte généralement une profondeur d’ensouillage de 1 mètre.

Surveillance conditionnelle

« Chaque année, nous mesurons la différence de fond du corridor et nous détectons les anomalies. Une mine, un conteneur passé par-dessus bord, une ancre perdue, du matériel de pêche … Tous les objets que nous détectons sont cartographiés et notifiés dans des bases de données. » S’ils représentent un danger pour le câble, nous les enlevons.

« Nous vérifions la profondeur d’ensouillage du câble. Si la profondeur n’est plus suffisante, nous intervenons pour l’enterrer plus profondément ou prévoir une protection supplémentaire. » Une couche de roches est déposée sur le câble à l’aide d’un trieur de pierres et d’un tuyau de descente. Le câble est placé dans une berme de protection rocheuse.

Aujourd’hui, les relevés sonar sont effectués sur des navires. « Nous étudions la possibilité de travailler sans intervention humaine. Dans l’avenir, nous prévoyons des USV (Unmanned Surface Vehicles) ou des AUV (Autonomous Underwater Vehicles) pouvant être positionnés sous l’eau à l’aide de systèmes inertiels. Ces systèmes, déjà utilisés à une échelle limitée, représentent une alternative plus sûre, plus respectueuse de l’environnement et de meilleure qualité que la navigation traditionnelle, d’après Geert Moerkerke. Il cite la proximité d’une entreprise comme Exail Robotics qui développe des drones sous-marins pour les nouveaux chasseurs de mines, capables de détecter, d’identifier et de détruire les mines, ainsi que l’entreprise GeoXYZ, également basée à Ostende, qui fournit des services de relevés sous-marins.

« L’idée est de réaliser plusieurs relevés par an pour assurer la gestion des actifs et une maintenance préventive basée sur une surveillance conditionnelle. »

L’équipe de Geert Moerkerkes a déjà effectué des scans mensuels pour le câble Nemo lorsqu’il est apparu que le fond marin, dans une zone peu profonde – les Goodwin Sands – , changeait rapidement de forme et qu’il y avait une érosion près du câble. « C’était finalement un phénomène saisonnier. »

Câbles d’énergie et fibres de données

Tant les câbles d’énergie CA que CC sont équipés de câbles de données pour communiquer. Via la fibre optique, il est possible de mesurer/surveiller la température du câble. Un câble vieillit plus rapidement à des températures plus élevées, surtout s’il est utilisé à une température proche de sa température maximale. La température du câble dépend du courant qui le traverse. D’autres facteurs jouent un rôle. Les sédiments peuvent influencer la température du câble. « Les couches de tourbe côtière sont constituées de matières végétales qui agissent comme une couverture isolante et limitent le dégagement de chaleur des câbles. » La température du câble dépend également de la profondeur d’ensouillage – plus le câble est enterré profondément, moins il peut libérer de chaleur – et du type de sédiment. Un câble a donc des températures différentes sur sa longueur.

« Nous mesurons et nous enregistrons tout cela. » La température maximale d’un câble peut atteindre 70 à 90°C. Lorsqu’il est soumis à un échauffement élevé, l’isolation subit une ‘dégradation thermique’ ou un vieillissement qui, à son tour, peut affecter la durée de vie du câble. Classiquement, la durée de vie minimale est de 30 à 35 ans. « Si vous voulez surveiller la durée de vie, il faut alors suivre la fréquence à laquelle le câble atteint sa température maximale. »

Le système Distributed Temperature Sensing (DTS) surveille en continu la température le long du câble via les fibres optiques, tandis que le système Real Time Thermal Rating (RTTR) calcule dynamiquement la capacité de courant du câble sur base des données de température et des conditions ambiantes. « L’échauffement d’un câble connait une latence ou retard. Cette inertie à l’échauffement donne une marge au câble – de quelques heures – avant qu’il ne s’échauffe rapidement. Ce phénomène permet au câble de supporter les pics de parcs éoliens et le gestionnaire amène le câble à sa température de fonctionnement maximale de manière optimale. »

Divers types de mesures peuvent être effectués sur le câble. La Time Domain Reflection (TDR) mesure le temps entre une impulsion électrique et sa réflexion résultant d’un changement d’impédance dû à un défaut ou une rupture de câble. Il y a aussi les Optical Time Domain Reflectometers (OTDR) pour prendre des mesures sur toute la longueur de la fibre optique. On sait peu de choses sur le vieillissement de la fibre optique. « Cette technologie n’est utilisée dans ce contexte que depuis une bonne décennie … »

Défaillances des câbles

« Il existe deux types de défaillance de câble. Des erreurs internes peuvent survenir pendant la production ou lors de l’installation suite une mauvaise manipulation. Une tension/traction excessive sur le câble ou le non-respect du rayon de courbure maximal, par exemple. Les câbles offshore sont dotés d’un blindage en acier galvanisé ou inoxydable tissé pour éviter que le câble, lors de l’installation, ne s’effondre sous son poids ou sous l’effet des forces de traction excessives. Le deuxième type de défaillance vient de facteurs externes : une ancre ou un chalut à perche endommage par exemple le câble, voire l’arrache, ou une usure lente due à une contrainte mécanique cyclique, par exemple des vibrations, provoquant la rupture de la gaine de plomb du câble (lead sheet fatigue).

L’isolation en polyéthylène réticulé (XLPE) d’un câble vieillit avec l’âge et l’échauffement du câble. Lors d’une isolation défaillante, des étincelles/décharges peuvent se produire. Le monitoring PD (Partial Discharge Monitoring) surveille et détecte les décharges partielles dans l’isolation des équipements et des câbles à haute tension.

Complémentarité

« Nous ‘écoutons’ constamment via les câbles », poursuit Geert Moerkerke. À l’aide d’un Distributed Acoustic Sensing (DAS), une impulsion lumineuse à haute fréquence est envoyée en continu à travers la fibre pour analyser la lumière réfléchie de chaque point de la longueur de la fibre. Chaque signal acoustique traversant la colonne d’eau a un impact sur la fibre optique, au niveau moléculaire, ce qui peut être lu comme un déphasage du spectre lumineux rétrodiffusé. Le DAS peut détecter des navires mais aussi un filet ou une ancre tirée sur le fond marin, sur toute la longueur du câble. En revanche, un tel signal comporte énormément d’interférences. « Les zones côtières où les vagues se brisent provoquent énormément de bruit de fond, mais cette technique permet également de détecter des véhicules sur la route ou une excavatrice à proximité d’un tracé terrestre de câbles. » Lors de multiples sources sonores, cela devient difficile, « mais nous cherchons à faire plus avec ces signaux, par exemple reconnaître l’empreinte acoustique d’un bateau de pêche, d’une drague ou autre. La technologie est prometteuse et en plein développement. »

Les données d’une technologie peuvent être couplées à une technologie complémentaire, par exemple aux images satellites. « Mais il faut parfois plusieurs jours avant qu’un satellite ne soit orienté au bon endroit. » L’année dernière, une démonstration de faisabilité a eu lieu pour suivre les navires de la flotte fantôme avec des satellites. « Cette technologie est en cours de développement. »

L’alternative est une présence permanente et active dans la zone. « C’est une question de complémentarité », poursuit Geert Moerkerke, qui souligne que chaque technologie a ses avantages et ses limites. « Les câbles d’Elia produisent plusieurs téraoctets de données chaque jour. Trop pour tout traiter. Il faut donc appliquer une IA capable de détecter des événements spécifiques et de déclencher une alarme si nécessaire. Le défi réside dans le traitement des données. »

par Luc De Smet