R E V U E T E C H N I Q U E N E X A N S J U I N 2 0 0 4
Table des Matières Bienvenue dans l édition de juin de la revue Technique de Nexans Dans ce numéro nous développerons les sujets suivants : 1. SEGMENT PÉTROLE ET GAZ Le câble ombilical : un élément important d un système de contrôle 1.1 Qu est-ce qu un câble ombilical (ou ombilic)?... 3 1.2 Constitution d un ombilic... 3 1.3 Conception d un ombilic... 4 1.4 La Norvège : pays des ombilics pour Nexans... 4 2. LA DIRECTIVE EUROPÉENNE SUR LE RECYCLAGE DES CÂBLES Les activités de recyclage des câbles de RIPS, société du groupe Nexans 2.1 Câbles et recyclage... 5 2.2 Le procédé de recyclage... 5 2.3 Valorisation des granulés plastiques... 6 3. TRANSMISSION DE DONNÉES La Fibre Optique Plastique (FOP), une recherche pour les télécommunications de demain 3.1 Qu est-ce que la FOP?... 7 3.2 Quel est le marché pour la FOP?... 7 3.3 Pourquoi Nexans est-il concerné par la FOP?... 7 4. CONNECTIVITÉ DES CÂBLES HAUTE-TENSION Le raccordement de type sec d un disjoncteur isolé au gaz (GIS) : une nouvelle génération de terminaison de câble L'équipe rédactionnelle se réjouit de recevoir vos réactions et commentaires, que vous pourrez envoyer à technical.info@nexans.com. Nous vous souhaitons une agréable lecture de cette Revue Technique. 2
1. SEGMENT PÉTROLE ET GAZ Le câble ombilical : un élément important d un système de contrôle L industrie du pétrole et du gaz cherche à réduire les coûts, à améliorer l efficacité opérationnelle et à se positionner dans le paysage énergétique de demain. La partie sous-marine de cette activité se déplace vers les grands fonds (plus de 3 000 m) par le développement de nouveaux champs pétrolifères et par l exploitation de nouvelles nappes dans les champs existants. Cet article concerne les câbles ombilicaux et leur importance au sein des systèmes de contrôle. 1.1 Qu est-ce qu un câble ombilical (ou ombilic)? Typiquement, un ombilic comporte des tubes pour le transport des fluides et des câbles pour le transport de l énergie électrique et des signaux, et comme tel il devrait être dénommé : «ombilic permettant le contrôle electrohydraulique de la production et de l injection de fluides». Le système de contrôle (electro-hydraulique et fluides) est constitué des principaux éléments suivants : Sur la plate-forme (ou le bateau) unité de puissance hydraulique unités de puissance électrique et de communication unité chimique (stockage et pompes) De la plate-forme à la tête de puits l ombilic avec son système de risers Sur la tête de puits ou sur les châssis de guidage Vannes, capteurs, modules de contrôle sous-marins L ombilic permet donc un contrôle à distance des puits de forage sous-marins à partir d une plate-forme (ou d un bateau). 1.2 Constitution d un ombilic Un ombilic est un long système cylindrique (de 2 à 3 km jusqu à plus de 100 km) conçu de Fig. 1 Navire de production et de stockage avec ses ombilics reliés à des lignes d ancrage. façon à être flexible et capable de supporter des efforts de traction, de courbure et de fatigue. Ses principaux constituants élémentaires sont : Des câbles électriques Des câbles à fibres optiques Des tubes résistant à de fortes pressions Des armatures filaires (à des fins de lestage, de renforcement ou de protection) Du rembourrage (pour colmater les vides ou pour ajouter du poids) Des bandes enroulées Des gaines extrudées (revêtement de protection) Chaque couche successive de constituant est enroulée hélicoïdalement de façon alternée. Les fonctions demandées à un ombilic sont les suivantes : Transmettre l énergie électrique et les signaux électriques Transmettre les fluides sous haute pression Assurer l interface Fig. 2 «Norne» ombilic entre la plate-forme de diamètre 180 mm. et les têtes de puits ainsi qu avec les autres équipements Fonctionner sans maintenance (pour une durée de vie typique de 20 ans) en eau profonde (entre 30 m et plus de 1 500 m). 3
1.3 Conception d un ombilic La conception des ombilics s appuie sur une philosophie éprouvée comprenant une approche structurelle et une méthodologie rigoureuse, ainsi que sur des règles de conception claires et un ensemble de principes de calcul à la pointe du savoir-faire. En plus de ces règles de conception, Nexans peut compter sur une importante base de données rassemblant les résultats obtenus depuis de nombreuses années sur les ombilics, leurs composants et leur comportement en service. Il y a quatre étapes principales dans la conception d un ombilic : Détermination de la section compatible avec le cahier des charges fourni par le client Détermination des propriétés mécaniques (rigidité axiale, en flexion et en torsion ainsi que le facteur de couple qui décrit la tendance à la torsion lors de la mise sous tension mécanique) Détermination des limitations de manutention (en termes de contraintes admissibles de tension, de torsion ou de flexion) Définition des conditions d installation (charges auxquelles l ombilic sera soumis : tension, flexion, serrage, contact avec le dérouleur, ) 1.4 La Norvège : pays des ombilics pour Nexans Les ombilics sont fabriqués à Halden, principale usine du Groupe Nexans dans le domaine de la haute-tension et des ombilics. Ce site comporte en outre des moyens de test et de Recherche- Développement (Centre de Compétence Câbles Haute-Tension et Sous-Marins). Les câbles électriques et à fibres optiques sont élaborés dans l usine Nexans de Rognan, dans le nord de la Norvège, puis ils sont acheminés jusqu à Halden pour l assemblage des ombilics. Les installations de câblage peuvent accepter jusqu à 12 alimentations pour les constituants. On peut réaliser des ombilics de plus de 200 mm de diamètre. Avec ou sans armature (selon le cahier des charges), l ombilic est alors pourvu d une gaine externe et/ou d un enrubannage. Parmi les réalisations récentes, on peut citer : L installation la plus profonde : 2 000 m pour le champ pétrolifère de Roncador (pour Petrobras) Les plus grandes longueurs simples : 165 km por Statoil, 125 km pour un ombilic électrique (pour Shell), 45 km pour un ombilic electro-hydraulique pour Texaco La plus grande longueur multiple : 80 km pour Norsk-Hydro L ombilic le plus lourd : 123 Kg/m pour Statoil. 4
2. LA DIRECTIVE EUROPÉENNE SUR LE RECYCLAGE DES CÂBLES Les activités de recyclage des câbles de RIPS, société du groupe Nexans La directive européenne sur les déchets des équipements électriques et électroniques stipule la réutilisation, le recyclage et d autres moyens de valorisation de ces déchets. Cette directive (n 2002/96/EC) a été publiée en février 2003, elle doit être transposée dans les différentes législations nationales avant fin 2004. Les fabricants de câbles ne seront pas seulement comptables de leurs propres déchets (déchets de production) mais aussi de leurs produits en fin de vie. Comme les déchets de câbles ne sont pas des déchets ultimes (c est-à-dire des déchets qui ne peuvent être récupérés à un coût raisonnable), ils doivent être recyclés. 2.1 Câbles et recyclage Historiquement, les usines de câbles ont toujours essayé de récupérer les parties métalliques de leurs déchets car elles présentent un intérêt économique réel. Pour organiser cette récupération de façon structurée, Nexans a décidé l acquisition d une société spécialisée : RIPS. RIPS collecte, trie et sépare les déchets de câbles en provenance de plusieurs sociétés en Europe et en France. D une façon schématique, un câble est constitué des différents composants suivants : Le conducteur (aluminium ou cuivre) L isolation (polyéthylène (PE), chlorure de polyvinyle (PVC), papier imprégné, ) Les séparateurs (divers papiers ou textiles) L écran (cuivre) L armure (acier) La gaine (caoutchoucs, PVC, ) Les buts du procédé de recyclage sont de séparer ces différents constituants et d en faire des produits réutilisables. 2.2 Le procédé de recyclage Après la collecte, l opération de tri est très importante. En effet, meilleur est le tri, meilleurs sont les produits obtenus. Une ligne de traitement de déchets de câbles comporte différents postes : Découpe des câbles en petits tronçons Broyage Séparation du métal et des matières plastiques sous la forme de granulés. Les granulés métalliques sont envoyés dans des usines de fonderie mais les fractions plastiques, qui sont de qualité médiocre, ne peuvent être utilisées que dans un nombre limité d applications (cônes pour la circulation, sols industriels). Pour augmenter la valeur de ces granulés plastiques, il est nécessaire de séparer les différents constituants de ces mélanges de polymères. 5
2.3 Valorisation des granulés plastiques Seules quelques sociétés sont capables de recycler ces granulés complexes. Plusieurs voies sont proposées : L incinération : utilisation des granulés comme combustible, c est la combustion à haute température. Cette technique englobe une variété de systèmes de combustion développés à partir de la technologie des chaudières mais aussi en s appuyant sur des techniques plus récentes telles que des incinérateurs à sels fondus ou en lit fluidisé. La thermolyse : c est la décomposition thermique de produits organiques, à haute température en l absence d air ou d oxygène. Ce procédé, nécessitant une source de chaleur, conduit à l obtention d un mélange de gaz combustibles (méthane, hydrocarbures complexes, hydrogène et monoxyde de carbone), de liquides et de résidus solides. Watech : procédé développé NKT et exploité par RGS 90 (Danemark), principalement destiné aux déchets contenant du PVC. Vinyloop : procédé économique, bien adapté aux produits riches en PVC. Nexans (NRC Lyon) a développé avec la contribution de l ADEME (Agence De l Environnement et de la Maîtrise de l Energie) de nouveaux procédés pour la séparation des matériaux (fondés sur les propriétés électriques différentielles), la compatibilisation des matériaux et la polymérisation. Schéma du procédé Nexans de séparation des plastiques. 6
3. TRANSMISSION DE DONNÉES La Fibre Optique Plastique (FOP), une recherche pour les télécommunications de demain 3.1 Qu est-ce que la FOP? La fibre optique plastique a été développé par DuPont à la fin des années 60 comme un support pour l illumination. Après une trentaine d années, un regain d intérêt est apparu pour le câblage sur des courtes distances de FOP multimode pour des applications de multimédia et de transmission de données. La FOP propose une alternative crédible aux solutions cuivre et verre. Avec des débits, compris entre 100 Mbit/s et 10 Gbit/s, la FOP est plus performante que le classique fil de cuivre et elle n est pas sensible aux perturbations électromagnétiques. 3.2 Quel est le marché pour la FOP? Dans les cinq prochaines années, on s attend à ce que les réseaux locaux (LAN) deviennent un marché très important. Les GI-FOP pourraient prendre une part significative du marché des systèmes de câblage en paires de cuivre torsadées ou en fibres silice multimodes. Un élément primordial du marché de la FOP pourrait se trouver aussi dans le câblage résidentiel dont la croissance sera entraîné par l augmentation des équipements audio/vidéo et des jeux électroniques. 3.3 Pourquoi Nexans est-il concerné par la FOP? Mini glossaire : PMMA : polymetacrylate de méthyle RC LED : diode électro-luminescente à cavité résonante LAN, Local Area Network : réseau local La FOP possède le potentiel pour devenir une technologie clé dans les systèmes de transmission de données par câble, un domaine où Nexans est chef de file. Pour cette raison, Nexans souhaite devenir l un des principaux fabricants de FOP dans le monde, où actuellement seules des compagnies japonaises sont opérationnelles. La Fibre Optique Plastique est encore un projet de Recherche et de Développement mené par le Centre de Recherche de Nexans (NRC) à Lyon pour la partie matériau fluoré et en collaboration étroite avec : Nexans Iko Kabel (Suède) pour l élaboration de rubans Le Centre de Compétence Solutions de câblage à Buizingen (Belgique) pour l aspect système Section d un ruban de fibres optiques plastiques. Les sites de Nexans Harnesses (Belgique) et de Nexans France (Draveil) pour les applications aéronautiques. 7
4. CONNECTIVITÉ DES CÂBLES HAUTE-TENSION Le raccordement de type sec d un disjoncteur isolé au gaz (GIS) : une nouvelle génération de terminaison de câble Les appareillages de connexion occupent une place fondamentale dans l industrie de la fourniture d énergie électrique. Ils sont utilisés pour : Isoler des composants en panne Diviser de grands réseaux en sections à des fins de réparation Reconfigurer des réseaux pour le redémarrage Contrôler d autres équipements Leur fonction est donc de contrôler les circuits de puissance électrique, ce qui peut se diviser en (a) ouverture et fermeture de circuits et (b) protection contre des conditions anormales. La fonction ouverture/fermeture concerne des courants compris entre zéro et la valeur continue en charge. La fonction protection nécessite l interruption de tout courant allant de simples surcharges jusqu au courant de court-circuit maximum disponible localement. De plus en plus d appareillages de connexion isolés au gaz sont installés dans le monde, nécessitant des terminaisons adaptées pour assurer la jonction entre les câbles hautetension isolés au polyéthylène polymérisé (XLPE) et l appareillage. Traditionnellement, ce sont des extrémités remplies d huile qui sont utilisées jusqu à des tensions de 420 kv. La nouvelle conception, prête à brancher, est très compacte et sans fluide ce qui implique l absence de maintenance et d inconvénients sur l environnement. Les avantages de cette conception sèche, en comparaison avec les terminaisons traditionnelles à l huile sont les suivantes : Pas de remplissage interne (ni huile ni gaz) Très bonne compacité Absence de surveillance et de maintenance Possibilités de branchement/ débranchement Pas d action sur l environnement Grande fiabilité à cause des parties actives pré-fabriquées Manipulation aisée et Terminaison en cours de montage. possibilité d installer des traversées isolées avant de tester l appareillage (GIS) Ce type de terminaison sèche (qui correspond à la recommandation CEI 60859) a subi avec succès le test-type selon la norme CEI 60840 jusqu au niveau 170 kv. Les utilisateurs possèdent maintenant un système dont la conception leur permettra d installer, avec un maximum de confort et de sécurité, la connexion entre un câble hautetension à isolation solide et un appareillage de connexion isolé au gaz (GIS). Une nouvelle génération de terminaison sèche a été développée récemment par Nexans Suisse et elle est maintenant disponible jusqu à 170 kv. 8
Nexans, leader mondial de l'industrie du câble, a une présence industrielle dans 29 pays et commerciale dans plus de 65. Avec un chiffre d'affaires de 4 milliards d'euros, le Groupe emploie 17 000 personnes. Nexans propose une large gamme de solutions de câbles cuivre et fibre optique pour les marchés d'infrastructures, de l'industrie et du bâtiment. Ses câbles et systèmes sont présents dans notre vie quotidienne depuis les télécommunications jusqu'aux réseaux d'énergie, l'aéronautique, l'aérospatial, la construction, l'automobile, les chantiers navals, le ferroviaire, la pétrochimie, les applications médicales, etc. Nexans est coté en Bourse à Paris (SBF 120). Expert mondial des câbles Nexans S.A. - 16, rue de Monceau - 75008 Paris - France Tél. : +33 (0)1 56 69 84 00 - Fax : +33 (0)1 56 69 84 84 - www.nexans.com technical.info@nexans.com