Energie et énergies renouvelables

Le cuivre fait partie des meilleurs conducteurs électriques et thermiques, il n’est dès lors pas étonnant que 60 % de son utilisation soit consacrée à ces propriétés.
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Electricité et énergie

A l’exclusion des métaux précieux, le cuivre est le meilleur conducteur électrique et thermique. Ainsi, 60 % du cuivre utilisé dans le monde est dédié à ces propriétés.

Le cuivre est utilisé dans les réseaux de basse, moyenne et haute tension et le cuivre constitue l’étalon de référence auquel sont comparés les autres matériaux conducteurs.

Dans les ultimes étapes de raffinage minier, on obtient du cuivre dit ‘blister’ qui contient de 96 à 99 % de cuivre. Pour le purifier définitivement, on utilise une technique d’électrolyse qui fournit un matériau pur à 99,9 %. On obtient alors une qualité de cuivre dont la résistance, la ductilité, la tenue à la corrosion en fait un matériau électif pour la fabrication de conducteurs électriques aux applications variées : ce sont des composants essentiel des moteurs et des transformateurs, il sont employés dans une multitude d’industries, dans les transports et les environnements domestiques.

Fils et câbles

La conductivité du cuivre est au moins deux fois supérieure à celle de l’aluminium, ce qui en fait un matériau de choix pour les applications à haute efficacité énergétique.

Le cuivre a longtemps été le matériau préféré dans la conception de la majorité des câbles électriques et de télécommunication. En plus de sa conductivité électrique, sa ductilité permet la fabrication de produits de très faible diamètre avec une grande précision. Il peut également être assemblé pour réaliser des connections fiables, durables et économiques. Il est compatible avec tous les produits modernes d’isolation mais sa bonne résistance à la corrosion lui permet aussi, dans certains cas, d’être utilisé sans protection.

L'isolation peut être constituée d’un vernis ou d’un émail pour les fils de bobinage ou bien de polymères pour les câbles d'énergie. Les vernis permettent un faible espacement dans les bobinages permettant un meilleur rendement pour les moteurs ou les transformateurs.

Barres omnibus

Les jeux de barres omnibus sont des conducteurs qui fonctionnent comme des collecteurs électriques afin de distribuer l'énergie, à partir d'une source unique, à plusieurs utilisateurs. En raison de son excellente conductivité, de sa résistance, de sa connectivité, de sa ductilité et de sa résistance à l'oxydation, le cuivre est le matériau le plus adéquat pour fabriquer les jeux de barres. Ces dernières sont fabriquées industriellement par extrusion pour former des conducteurs de différente section en fonction des usages.

Bobines de transformateurs et de moteurs

Le cuivre utilisé pour la fabrication des bobinages se présente sous la forme de fils pour les produits de petite dimension et de bandes pour les plus grands équipements. Le fil destiné aux bobinages doit être suffisamment solide pour être enroulé en continu sans rupture, mais suffisamment souple pour former des enroulements très serrés. Les bandes doivent avoir une bonne qualité de surface combinées avec des émaux isolants qui ne se décomposent pas sous les tensions appliquées. Une bonne ductilité est essentielle pour que les bandes puissent être déformées et enroulées, et une bonne résistance est nécessaire pour subir des contraintes électromécaniques qui peuvent être élevées lors de court-circuit occasionnels. Les propriétés requises pour les bobinages des moteurs sont analogues à celles qui sont nécessaires pour les transformateurs, mais avec la contrainte supplémentaire de pouvoir résister aux vibrations mécaniques et aux forces centrifuges, aux températures de travail exigées.

Equipements électroniques

Bien que ce secteur soit relativement faible en termes de tonnage, le cuivre joue un rôle essentiel dans un certain nombre d’applications de haute technologie. Du cuivre ou des alliages de cuivre sont utilisés dans les cartes de circuits imprimés, les connecteurs électroniques et les lead-frames. Le cuivre a également été longtemps utilisé dans le domaine des télécommunications et il est maintenant indispensable en informatique, notamment pour la fabrication de puces électroniques et dans les applications de semi-conducteurs. Les dissipateurs thermiques en cuivre permettent une évacuation de la chaleur des microprocesseurs à haute fréquence.

Autres applications techniques

Le cuivre est aussi utilisé pour la fabrication de commutateurs, d’électrodes de soudage, de contacts, de vide poussé et d’appareillages électroniques de pointe. 

Echangeurs thermiques

Grâce à sa conductivité thermique, le cuivre est un matériau idéal pour la fabrication de tous types d'échangeurs de chaleur. Il est facile à déformer et à assembler, et présente une excellente résistance à la corrosion. Il y a de nombreuses façons dont le cuivre peut être utilisé dans les applications de chauffage et de refroidissement. Le cuivre peut s’employer comme matériau massif pour rayonner la chaleur, sous forme de tube pour transporter des fluides frigorigènes, comme surface plane pour recueillir l'énergie solaire. Il peut être utilisé comme constituant tubulaire dans les pompes à chaleur, sous forme d'ailettes pour le transfert d’énergie des systèmes air/air, ou en tant que conducteur de chaleur d'un matériau à un autre. Des géométries simples ou complexes peuvent facilement être obtenues pour maximiser le rapport coût / efficacité du transfert d'énergie.

Les applications usuelles comprennent les radiateurs, les refroidisseurs d'air et d'huile, les climatiseurs dans les transports, les dissipateurs thermiques pour les équipements électriques, les calorifugeurs, les pompes à chaleur pour le chauffage de l'eau domestique ou industrielle ou encore les bobines des unités de réfrigération et de climatisation. Avec une conception intelligente, le cuivre peut rendre écologiques et économiques les systèmes basés sur l'échange thermique et constituer solution d’avenir pour les réfrigérants naturels.

La production de chaud et de froid constituent 48% de la demande énergétique européenne. 70% de ce volume est consacré à des basses et moyennes températures situées en dessous de 250 degrés. Dans ce créneau, le cuivre est employé dans des applications solaires thermiques, géothermiques ou impliquant la biomasse. 

Energies renouvelables

Solaire thermique 

En raison de sa haute conductivité thermique, de sa résistance à la corrosion atmosphérique et aquatique, de sa facilité de fabrication et d'assemblage, de sa résistance mécanique et de sa durabilité, le cuivre offre des avantages évidents par rapport à tout autre matériau dans les applications solaire thermiques. 

Energie éolienne

La principale utilisation du cuivre dans les technologies éoliennes se trouve dans les bobinages des parties stator et rotor du générateur, dans les câbles conducteurs à moyenne ou haute tension, dans les bobines des transformateurs et dans les systèmes de mise à la terre. 

Photovoltaïque

Le cuivre fait partie des matériaux utilisés dans les systèmes solaires photovoltaïques. On le retrouve dans les câblages, les systèmes de mise à la terre, les onduleurs, les transformateurs et dans les cellules photovoltaïques elles-mêmes.

Leonardo ENERGY

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Dix raisons pour lesquelles le cuivre contribue à une énergie plus durable

Le cuivre possède une conductivité électrique et thermique supérieures, il est hautement durable et peut être recyclé à 100 % sans pertes de ses performances. Il existe 10 bonnes raisons pour lesquelles le cuivre est un matériau électif lorsqu’il s’agit de construire des systèmes énergétiques plus durables (Accédez au dossier en cliquant sur le bouton ‘Plus’).