Choix des câbles pour les applications industrielles en extérieur et à des températures extrêmes

En cas de températures extrêmes, il est crucial de choisir le câble adapté à l’application. Pour les installations industrielles en extérieur, telles qu’un parc éolien, une station d’épuration ou une exploitation minière, l’écart de température entre les extrêmes saisonniers peut dépasser 100 degrés.

Si vous faites le mauvais choix, vous risquez de ne pas vous en rendre compte avant 18 mois, lorsque l'isolation se fissurera, que les conducteurs tomberont en panne ou que vous subirez un arrêt imprévu (et coûteux). IEWC est là pour veiller à ce que cela ne se produise pas. Nous voulons que vous fassiez le bon choix de câble dès le départ.

Points clés à retenir

• La température nominale indique la température du conducteur, et non la température ambiante; il s'agit là de l'une des caractéristiques techniques des câbles les plus souvent mal comprises dans le secteur.
• Les matériaux thermodurcissables sont toujours plus performants que les thermoplastiques pour les applications soumises à des températures élevées et à des variations importantes.
• La résistance aux UV doit figurer dans la fiche produit. Ne vous fiez pas uniquement à la couleur du câble.
• Choisissez le type de câble en fonction de la méthode d'installation et de l'environnement (et non pas uniquement en fonction de l'un ou de l'autre).
• Choisir un câble simplement parce qu'il a fonctionné lors de la dernière utilisation, c'est ainsi que surviennent les défaillances.
• Chez IEWC, nous mettons à votre disposition notre expertise en matière d'applications ainsi qu'une large gamme de produits pour vous aider à réussir du premier coup.

Pourquoi le choix des câbles destinés à des environnements extrêmes est différent

Le problème est que la plupart des recommandations en matière de sélection de câbles sont axées sur des applications commerciales standard et industrielles légères. Elles ne tiennent pas compte des facteurs de contrainte cumulés auxquels les câbles sont soumis dans les environnements industriels en extérieur. L’exposition aux UV, les cycles de gel-dégel, l’exposition aux produits chimiques et les fortes variations thermiques ont des conséquences néfastes.

Il est essentiel de comprendre la logique qui sous-tend les températures nominales des câbles. Il existe des matériaux spécifiques conçus pour les conditions les plus extrêmes, et vous avez besoin de conseils pour mener à bien un processus de sélection de câbles qui résistera sur le terrain.

Le choix d'un câble standard est un processus relativement simple : il suffit de vérifier la tension nominale, de confirmer l'intensité admissible, de vérifier les homologations, et le tour est joué. Mais le fait d'évoluer dans un environnement extrême ajoute des facteurs de contrainte supplémentaires qui peuvent se cumuler, et les spécifications standard ne les prennent pas tout à fait en compte. 

Les facteurs de stress dans les environnements industriels en extérieur comprennent:

• De fortes variations de la température ambiante, tant quotidiennes que saisonnières.
• L'exposition aux rayons UV et à l'ozone, qui peut, à la longue, dégrader les matériaux des vestes.
• Pénétration d'humidité due à la pluie, à la condensation, à l'enfouissement direct et à la submersion.
• Les cycles de gel-dégel peuvent exercer une contrainte sur l'isolation des câbles et nuire à la souplesse de la gaine.
• Contraintes mécaniques dues au vent, à la glace, aux vibrations et aux mouvements des chemins de câbles.
• Exposition à des produits chimiques, tels que l'huile, les solvants, le carburant ou les produits de nettoyage.
• Les atmosphères corrosives, telles que l'air salin en mer et les environnements pétrochimiques.

Chacun de ces facteurs de contrainte peut rapidement réduire la durée de vie d’un câble. Lorsqu’ils se combinent, ils accélèrent la défaillance de manière parfois difficile à prévoir. La plupart des câbles destinés aux applications industrielles doivent être choisis en tenant compte de l’ensemble de ces menaces. L’objectif du choix d’un câble n’est pas simplement de respecter la réglementation, mais de sélectionner un câble qui fonctionnera de manière fiable pendant toute sa durée de vie prévue et qui soit conçu pour les conditions réelles auxquelles il sera confronté. 

Prise en compte des plages de température dans le choix des câbles

Chaque câble possède une plage de température nominale. Malheureusement, beaucoup de gens interprètent mal cette plage et l'utilisent de manière inappropriée. C'est l'une des erreurs les plus courantes en matière de spécifications dans ce secteur. 

La température nominale (par exemple, 90 °C, 75 °C, 60 °C) correspond à la température maximale admissible du conducteur. Elle ne fait pas référence à la température de l'air ambiant entourant le câble. La température du conducteur doit tenir compte à la fois de la température ambiante et de la chaleur générée par le passage du courant. 

Un câble conçu pour une température de 90 °C dans un environnement ambiant à 40 °C dispose d’une marge de tolérance bien moindre que le même câble dans un environnement à 20 °C.

L'article 310 du NEC fournit des tableaux d'ampacité basés sur des hypothèses de température ambiante spécifiques, généralement fixées à 30 °C pour la plupart des tableaux. Toutefois, si la température ambiante réelle dépasse la valeur supposée dans le tableau, le câble doit alors faire l'objet d'un déclassement (en d'autres termes, la capacité de transport de courant admissible est réduite).

Le fait de ne pas réduire la puissance nominale du câble choisi dans des environnements à température ambiante élevée entraîne des températures des conducteurs pouvant dépasser la résistance nominale de l’isolation. Lorsque cela se produit, on observe une dégradation accélérée, conduisant à terme à une défaillance. Les facteurs de réduction de puissance figurent dans le tableau 310.15(B)(1) du NEC. Il s’agit d’une référence essentielle pour les ingénieurs de projet lors du choix d’une installation où la température ambiante peut régulièrement dépasser 30 °C.

Les températures nominales minimales constituent l’autre facette du problème. La plupart des câbles ont une température minimale d’installation et une température maximale de fonctionnement. L’installation ou le tirage d’un câble à une température inférieure à la température minimale nominale peut également provoquer des fissures dans l’isolation et la gaine. Lorsque la protection est compromise et devient cassante, cela n’est pas toujours visible à l’œil nu, mais les performances à long terme s’en trouvent tout de même fortement affectées.

Les câbles conçus pour les climats froids et portant la mention « arctique » indiquent que leurs matériaux de protection sont conçus pour rester souples, même à des températures inférieures à zéro. Certains projets menés dans des régions chaudes ou froides sont soumis à des extrêmes saisonniers. Pour ces câbles, les deux extrémités de la plage de température (haute et basse) doivent être prises en compte. Plusieurs normes peuvent vous servir de référence.

• Article 310 du NEC: Intensité admissible des conducteurs et correction de température
• ICEA S-95-658: Normes relatives aux câbles d'alimentation destinés à une utilisation en extérieur.
• IEC 60502: Normes internationales relatives aux câbles d'alimentation destinés aux applications industrielles.

Il est essentiel que vous vérifiiez les normes avant de procéder au choix de vos câbles. 

Quels sont les matériaux d'isolation et de gaine des câbles qui résistent aux conditions extrêmes?

La différence entre un câble capable de résister pendant 20 ans à un environnement extérieur hostile et un autre qui tombe en panne au bout de trois ans ou moins réside dans les matériaux utilisés pour l'isolation et la gaine. 

Matériaux isolants

Plusieurs matériaux isolants s'offrent à vous, mais le choix est déterminant. Voici leurs performances et les conditions dans lesquelles ils sont efficaces.

Le XLPE (polyéthylène réticulé) est le matériau de référence pour les câbles industriels haute performance. Il s’agit d’un matériau thermodurcissable — chimiquement réticulé — qui ne ramollit donc pas à haute température, contrairement aux matériaux thermoplastiques. Il est homologué jusqu’à 90 °C (en milieu humide ou sec) et offre une excellente résistance à l’humidité ainsi qu’une bonne résistance chimique, ce qui en fait le choix standard pour les câbles d’alimentation extérieurs dans les environnements les plus exigeants.

L'EPR (caoutchouc éthylène-propylène) est une autre option d’isolation de câbles qui offre une bonne souplesse, même à basse température. Ce matériau présente d’excellentes propriétés électriques ainsi qu’une bonne résistance à l’ozone et aux UV. Ce type d’isolation de câbles est souvent prescrit pour les applications minières, offshore et de stockage frigorifique. C’est un bon choix pour les applications où la souplesse est aussi importante que les performances thermiques.

Le PVC est courant et constitue généralement le choix d’isolation le plus économique, mais il présente certaines limites. Il peut devenir cassant à basse température et ramollir sous l’effet d’une chaleur intense. Le PVC n’est pas le choix idéal d’isolation de câbles pour les applications soumises à de fortes variations de température. 

Le silicone offre une plage de températures exceptionnelle, souvent comprise entre -60 °C et 180 °C, voire au-delà. Cependant, l’inconvénient de l’isolation en silicone réside dans son coût élevé et sa résistance mécanique plus faible ; il s’agit néanmoins de l’option de prédilection pour les applications à haute température.

Matériaux de la veste

Il existe également différentes options concernant les matériaux de la gaine qui peuvent faire toute la différence en matière de performances du câble.

Le CPE (polyéthylène chloré) présente une excellente résistance aux huiles, aux produits chimiques et aux UV, ce qui explique son utilisation très répandue dans les applications industrielles et minières. 

Le CSPE (polyéthylène chlorosulfoné / Hypalon) offre une résistance supérieure aux UV, à l'ozone et aux intempéries. Il est souvent prescrit pour les applications offshore et les situations d'exposition en extérieur.

Le TPE/TPR offre une bonne souplesse à basse température et une bonne résistance à l'huile, ce qui en fait le choix privilégié pour les câbles portables (et les applications nécessitant des flexions répétées).

Le PVC convient à la plupart des environnements modérés. En cas d'exposition prolongée à l'extérieur, il faudra y ajouter des additifs stabilisateurs contre les UV. 

Thermosodurables et thermoplastiques: une distinction importante

Quelle est la différence entre les matériaux thermoplastiques et thermodurcissables? Les matériaux thermoplastiques se ramollissent lorsqu'ils sont chauffés. En cas de températures ambiantes élevées et de surcharges, l'isolation peut se déformer, ce qui compromet les performances du câble.

Les thermodurcissables, en revanche, utilisent des matériaux réticulés chimiquement, ce qui leur permet de conserver leur structure même à des températures élevées. Les thermodurcissables constituent le meilleur choix pour les applications à haute température et à fortes variations de température. 

Gaines résistantes au soleil et stabilisées aux UV

Tout câble installé à la lumière directe du soleil doit être doté d’une gaine résistante aux UV. Cela s’applique à la plupart des câbles destinés à une utilisation en extérieur. Recherchez les mentions « résistant à la lumière du soleil » ou « résistant au soleil » dans la fiche technique du câble. Ne commettez pas l’erreur de vous fier uniquement à la couleur. Toutes les gaines noires ne sont pas stabilisées aux UV. Les détails de la fiche technique sont importants.

Types de câbles adaptés aux applications industrielles en extérieur

Au-delà de la gaine et de l'isolation, il est également essentiel de choisir un type de câble adapté à la méthode d'installation et à l'environnement.

Câble pour plateau (TC-ER)

Le câble pour chemin de câblesest destiné à être utilisé dans des chemins de câbles en milieu industriel extérieur. Le TC-ER (où « ER » signifie « exposed run », c'est-à-dire « pose à air libre ») permet, dans certaines applications, une installation sans gaine de protection. Votre câble pour chemin de câbles doit être adapté à l'environnement spécifique, qu'il s'agisse de lieux humides, d'une exposition directe au soleil ou de tout autre facteur environnemental auquel le câble pourrait être confronté. Le TC-ER est principalement utilisé dans les secteurs du pétrole et du gaz, dans l'industrie pétrochimique, ainsi que pour des applications liées aux services publics. 

Câbles de type W et G

Type W et Type G sont des câbles d'alimentation portables à usage intensif, conçus pour résister à des manipulations brutales, à l'exposition aux intempéries et à de larges plages de températures. Ce sont les câbles de référence pour les applications minières, de construction et d'alimentation électrique temporaire. Ces câbles sont disponibles dans les configurations « Extra Hard Service » (W) et « Generator Cable » (G).

Câble à enfouir directement

Pour les installations souterraines, l'utilisation d'un câble à enfouissement direct est indispensable. Il est conçu pour résister à l'humidité, aux contraintes liées au gel-dégel et aux différentes compositions chimiques du sol. Le câble à enfouissement direct est souvent doté d'une isolation en XLPE et d'une gaine épaisse en polyéthylène afin de le protéger sous terre. Des modèles de câbles blindés sont disponibles, avec un blindage en fil d'acier ou à mailles entrelacées ; ceux-ci offrent une protection mécanique contre les dommages causés par les travaux d'excavation et les rongeurs. 

Câbles blindés (MC, AC, SWA)

Les gaines métalliques et les armatures en fils d’acier offrent une protection mécanique dans les environnements difficiles. Il est important d’utiliser des câbles blindés pour les installations exposées aux chocs, aux rongeurs et à des sols instables. 

Choisir le câble adapté à l’application

Les différents environnements industriels en extérieur nécessitent des choix de câbles variés, avec des profils de contraintes adaptés. Un câble adapté à un parc éolien n’est pas nécessairement la meilleure option pour une plateforme offshore ou une installation de stockage frigorifique.

Câblage des champs pétroliers et gaziers

Dans l’industrie pétrolière et gazière, les câbles doivent résister à l’exposition aux hydrocarbures et aux produits chimiques. Les gaines résistantes à l’huile, telles que le CPE ou le CSPE, constituent la meilleure option pour ces applications. Selon l’application, des homologations pour zones dangereuses (Classe I, Division 1 ou 2) peuvent également être requises. Les câbles TC-ER et de type W sont couramment utilisés pour la plupart des applications, bien que les câbles blindés constituent le choix privilégié pour la protection mécanique dans les installations sur le terrain.

Parcs éoliens et solaires

Dans un parc éolien ou solaire, l'exposition aux rayons UV est constante et intense. Il est indispensable d'opter pour une gaine résistante aux rayons solaires. De fortes variations de température sont très courantes dans ces applications, en particulier dans les installations situées en milieu désertique ou en haute altitude. Les câbles enterrés directement nécessitent des systèmes d'isolation résistants à l'humidité et au cycle gel-dégel. Les câbles spécifiques à l'énergie solaire (USE-2/RHW-2) constituent le meilleur choix pour les applications photovoltaïques.

Exploitations minières et carrières

Dans les exploitations minières et les carrières, les chocs mécaniques, l’humidité et l’exposition aux produits chimiques constituent autant de menaces simultanées. Dans le secteur minier, les câbles de type W et G sont utilisés pour les équipements portables. Les installations fixes nécessitent des câbles blindés de type TC. La souplesse à basse température est également un critère important à prendre en compte pour les exploitations minières situées dans le nord ou en haute altitude.

Plates-formes offshore

Sur le littoral, l'exposition constante à l'air salin entraîne une corrosion rapide. Pour protéger les câbles, il faut utiliser du CSPE ou des matériaux de gainage équivalents. Une résistance au feu peut également être requise. Dès lors que votre activité se déroule en mer, la résistance à l'humidité est une exigence incontournable. L'environnement est en effet pratiquement toujours humide.

Entreposage frigorifique et installations dans les régions arctiques

Les températures glaciales présentent des risques spécifiques pour les câbles. Pour l’entreposage frigorifique et les installations devant résister à des environnements glacials, la température minimale d’installation est la spécification déterminante à prendre en compte. L’isolation en EPR et les gaines en TPE offrent une bonne souplesse à basse température. Les câbles de qualité arctique sont homologués pour des températures d’installation allant jusqu’à -40 °C ou -50 °C, ce qui les rend idéaux pour les conditions climatiques glaciales.

Stations de traitement de l'eau

Le traitement de l'eau et l'assainissement posent un défi supplémentaire. Non seulement des indices d'étanchéité sont requis dans l'ensemble de votre installation, mais l'enfouissement direct est courant et doit également être pris en compte. L'exposition chimique du câble est importante, notamment au chlore et à d'autres composés utilisés dans le traitement, c'est pourquoi le choix de la gaine doit assurer la protection du câble. Pour certaines applications, les systèmes de gaines résistantes à la corrosion et les câbles blindés constituent le choix approprié. 

Mise en place d'un processus de sélection des câbles pour les projets en environnements extrêmes

Lorsqu'on choisit un câble pour un projet industriel, on peut être tenté d'opter pour un produit simplement parce qu'il a fait ses preuves lors de la dernière mission. Or, c'est précisément ce type de choix arbitraire qui est à l'origine des erreurs de spécification. Il est donc essentiel de suivre un processus bien défini pour s'assurer d'obtenir exactement ce dont on a besoin. Un processus structuré de sélection des câbles protège votre projet et permet de constituer un dossier clair et justifiable en vue des inspections et de la maintenance. 

1. Commencez par définir le profil environnemental complet, en tenant compte de l’ensemble des facteurs, depuis les températures ambiantes maximales et minimales (tant pour le fonctionnement que pour l’installation) jusqu’à l’exposition aux UV et au rayonnement solaire. L’exposition à l’humidité, aux produits chimiques et aux huiles constitue également un élément crucial à prendre en considération. Tenez également compte des contraintes mécaniques prévues pour les chemins de câbles, les câbles enterrés directement et les câbles portables, ainsi que pour les installations fixes. En cas de températures basses, tenez compte des cycles de gel-dégel. Le cas échéant, la classification des zones dangereuses est également essentielle.
2. Déterminez les exigences en matière de tension et d’intensité admissible pour votre câble avant de le choisir. Vérifiez que la tension nominale dispose d’une marge de sécurité suffisante. N’oubliez pas d’appliquer les facteurs de déclassement liés à la température ambiante (conformément à la norme NEC 310) et de tenir compte du remplissage des gaines, car plusieurs conducteurs peuvent se déclassement mutuellement lorsqu’ils sont à proximité immédiate.
3. Sélectionnez l’isolation et la gaine nécessaires pour l’ensemble des contraintes. Ne commettez pas l’erreur de ne tenir compte que d’un seul facteur de contrainte spécifique. Tenez compte de l’ensemble des contraintes environnementales. En cas de doute, optez pour des spécifications plus élevées. La différence de coût entre une solution « adéquate » et une solution « excellente » est minime par rapport au coût de remplacement.
4. Vérifiez que le câble que vous avez sélectionné est conforme aux homologations et aux normes. Dispose-t-il des homologations UL requises pour la méthode d’installation prévue ? Vérifiez l’ensemble des facteurs pertinents, tels que la résistance aux UV et au soleil, l’aptitude à l’enfouissement direct ou à une installation en milieu humide, selon le cas. Si nécessaire, vérifiez également la classification pour les zones dangereuses.
5. Consignez les spécifications du câble et justifiez votre choix. Votre dossier doit inclure le profil de température du câble, les calculs de déclassement et les normes référencées lors du processus de sélection. Cette documentation vous aide à constituer un dossier clair et défendable en vue des inspections et établit une base de référence pour des projets futurs similaires.
6. Faites appel à un distributeur, tel qu’IEWC, qui maîtrise les applications. Un distributeur de câbles doit disposer d’une expertise en matière d’applications afin de pouvoir signaler les écarts par rapport aux spécifications bien avant qu’ils ne se traduisent par des problèmes ou des défaillances sur le terrain. Un bon distributeur de câbles doit s’approvisionner en câbles répondant à l’ensemble de vos spécifications, et pas seulement aux caractéristiques les plus importantes.

Travailler dans des environnements extrêmes est difficile ; vos câbles doivent donc être encore plus résistants. Le choix des câbles dans ces conditions ne laisse aucune place à l’erreur. C’est un domaine où il ne faut pas lésiner sur la qualité ni se fier à ses habitudes. Les facteurs de stress cumulés dans les installations industrielles en extérieur s’accumulent rapidement : chaleur, froid, rayons UV, humidité, produits chimiques et contraintes mécaniques. Vous devez adopter une approche réfléchie et systématique pour définir les spécifications.

Choisir le bon câble dès le départ revient presque toujours moins cher que d’essayer de remédier à une erreur de sélection. La défaillance d’un câble dans un parc éolien en service, sur une plateforme offshore ou dans une exploitation minière n’est pas seulement le coût du câble lui-même : elle peut entraîner des coûts considérables si l’on tient compte des temps d’arrêt.

Chez IEWC, nous disposons de l’expérience nécessaire pour collaborer avec les ingénieurs, les entrepreneurs et les équipes d’approvisionnement afin de vous aider à choisir exactement le câble qui vous convient. Nous possédons une expertise en matière d’applications et proposons une large gamme de produits conçus pour vous aider à trouver ce dont vous avez besoin dans les environnements industriels les plus exigeants.

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Vous avez des questions concernant le choix de vos câbles? Contactez un spécialiste des applications IEWC pour discuter de votre prochain projet en environnement extrême avant de finaliser les spécifications. Nous sommes là pour vous aider à faire le bon choix dès le départ.