Energie et énergies renouvelables

10 bonnes raisons pour lesquelles le cuivre contribue à rendre l'énergie plus durable

Le cuivre possède une conductivité électrique et thermique hors norme, il est durable et 100 % recyclable sans pertes de performances. Voici 10 bonnes raisons pour lesquelles le cuivre est un matériau de choix dès lors que l’on évoque l'énergie durable.

Le cuivre en tant que conducteur de chaleur et d’électricité

1. L’utilisation d’1 kg de cuivre supplémentaire peut éviter l’émission de 100 à 7 500 kg de CO2

Tout conducteur électrique utilisé dans un système électrique à une résistivité intrinsèque. Cela veut dire qu’une partie de l’énergie qu’il transporte est dissipée sous forme de chaleur et, de fait, est perdue. Pour un conducteur de diamètre donné, ces pertes énergétiques peuvent être réduites en choisissant le matériau possédant la plus haute conductivité électrique. Le cuivre possède la meilleure conductivité électrique après l’argent et elle est également 65 % meilleure que celle de l’aluminium.

Les pertes énergétiques peuvent encore être réduites en augmentant le diamètre du conducteur. Bien que cela comporte des limites, la caractérisation d’un diamètre optimal pour les bobinages des transformateurs ou des moteurs, les câbles, les lignes haute tension, peut amener au choix d’un conducteur de diamètre surdimensionné par rapport aux normes. Mais, les émissions carbonées ainsi évitées grâce à l’utilisation d’1 kg de cuivre supplémentaire pendant la durée de vie de l’équipement sont évaluées entre 100 et 7 500 kg suivant l’application visée [1-7].

2. L’utilisation d’1 kg de cuivre supplémentaire permet l’économie de 500 à 50 000 kWh d’énergie primaire

Réduire les pertes énergétiques en augmentant le diamètre des conducteurs en cuivre signifie également que moins d’énergie électrique a besoin d’être produite, transportée et distribuée. Entre 500 et 50 000 kWh d’énergie primaire sont économisés pendant le cycle de vie d’un système incorporant 1 kg de cuivre supplémentaire [1-7]. De plus, ces économies génèrent d’autres impacts positifs en ralentissant le besoin d’adapter les infrastructures.

3. L’utilisation d’1 kg de cuivre supplémentaire permet d’économiser 60 à 6 000 euros

Dans la grande majorité des cas, les économies d’énergie qui accompagnent l’augmentation du diamètre des conducteurs conduisent également à une réduction du coût du cycle de vie du système. Pour les appareillages utilisés intensivement tels que les câbles, les transformateurs et les moteurs électriques, le coût des pertes énergétiques sur l’ensemble de la durée de vie de ces équipements représente plusieurs fois leur prix d’achat. Les 500 à 50 000 kWh récupérés par chaque kg de cuivre additionnel pourraient aussi faire économiser à l’Europe entre 60 et 6 000 euros (pour un prix industriel de l’électricité à 0,12 €/kWh et un facteur énergétique primaire de 2,5).

4. L’utilisation du cuivre permet une plus grande efficacité dans le transfert de chaleur

Tout comme l’électricité, la conductivité thermique du cuivre est la meilleure après celle de l’argent. Le cuivre est donc un matériau électif dans les applications où les transferts de chaleur sont impliqués comme par exemple l’air conditionné ou les applications solaires thermiques. Sa haute conductivité thermique réduit les pertes de calories et les émissions carbonées associées.

Le cuivre en tant que contributeur à la qualité environnementale

5. Le cuivre peut être recycleé à 100 % sans pertes de performances

Contrairement à la plupart des conducteurs en aluminium, qui ont besoin d’être fabriqués à partir de métal primaire, les conducteurs en cuivre peuvent être fabriqués en partie à partir de matériaux recyclés. En 2012, 44 % de la consommation en cuivre annuelle de l’Europe était satisfaite par le recyclage. L’énergie nécessaire au recyclage représente approximativement 20 % de celle requise pour l’obtention de cuivre primaire (à partir de la mine). De plus, la valeur intrinsèque du cuivre, combiné à sa facilité de recyclage, sont des facteurs essentiels à la récupération et au recyclage des produits en fin de vie qui, autrement, auraient été laissés à l’abandon.

6. La compacité des conducteurs en cuivre permet d’économiser d’autres matériaux

Pour une même efficacité et une même puissance, un conducteur en cuivre aura une section approximativement 40 % plus petite que celle requise pour un conducteur en aluminium équivalent. Cette compacité du cuivre permet, entre autres, d’économiser sur l’emploi des matériaux magnétiques, des abris des moteurs et des transformateurs, des isolants des fils et câbles et les conduits de câbles en milieu urbain. Les avantages sont financiers (coûts abaissés) et écologiques (moins de matériaux).

Un avantage similaire est obtenu avec l’utilisation des tubes pour l’air conditionné. L’excellente conductivité thermique du cuivre, combinée avec sa résistance mécanique, permet l’utilisation de plus petits diamètres de tubes qui peuvent supporter les plus hautes pressions exigées par l’utilisation de réfrigérants écologiques. En plus des améliorations portées sur l’efficacité énergétique, ces installations plus compactes économisent sur les matériaux et les coûts financiers et écologiques.

Le cuivre en tant que contributeur au cycle de vie

7. Le cuivre est un matériau durable

Le cuivre est un matériau durable qui sera en mesure de fonctionner tout au long de sa durée de vie sans perte significative de performance. Les composants en cuivre ne constituent pratiquement jamais la raison pour laquelle un appareil a atteint sa fin de vie.

8. Plus de cuivre signifie une plus haute sécurité et une plus haute fiabilité

La dégradation (par exemple de l’isolation d’un câble ou du bobinage d’un moteur) est souvent le résultat d’un chauffage excessif causé par un conducteur en obligation de transporter plus de courant que l’usage pour lequel il a été défini. Optimiser le diamètre des conducteurs peut donc réduire le risque incendie d’origine électrique, augmenter la fiabilité, étendre la durée de vie des appareils, abaisser les coûts de maintenance et réduire les besoins d’une installation de secours. Les conducteurs en cuivre sont faciles à assembler (soudage ou boulonnage). Comme ces jonctions constituent souvent des points faibles, des assemblages durables améliorent considérablement la fiabilité des systèmes électriques.

9. Le cuivre possède une grande résistance mécanique

La résistance mécanique du cuivre est d’une grande importance dans les applications électriques qui doivent supporter les contraintes des courants de court-circuit et pour les applications thermiques, des hautes pressions. Combinée avec ses excellentes conductivités thermique et électrique, la résistance mécanique du cuivre et de ses alliages est une source d’efficacité dans la miniaturisation.

10. Le cuivre possède une excellente résistance à la corrosion

Grâce à sa faculté de développer son propre revêtement de protection, le cuivre dispose d’une excellente résistance à la corrosion dans tous types d’environnement usuels comme l’air atmosphérique, l’eau sanitaire, le sol et même l’eau de mer et de nombreux composés chimiques. De plus, comme le cuivre est cathodique par rapport à la plupart des autres métaux et alliages industriels, il est très peu sensible à la corrosion galvanique. Ainsi, le cuivre est en mesure de conserver ses propriétés de conductivité à l’usage. De même, la corrosion ne peut influencer la résistance mécanique du cuivre, c’est une des raisons pour lesquelles le cuivre est hautement durable.

Références

[1] EPD, mai 2000, Product Specific Requirements for Rotating Electrical Machines, disponible sur www.environdec.com
[2] Commission Européenne - DG TREN, 1999, Save: Technical, economical and cost-benefit analyses of energy efficiency improvements in industrial three-phase induction motors
[3] THERMIE, décembre 1999, THERMIE STR-1678-98-UK: the Scope for Energy Saving in the EU through the Use of Energy-Efficient Distribution Transformers, disponible sur
www.leonardo-energy.org
[4] Leonardo ENERGY, R. Targosz (ed) et al, février 2005, Global energy savings potential from high efficiency distribution transformers, disponible sur
www.leonardo-energy.org
[5] Egemin Automation, 2011, consultancy note: Modified Cable Sizing Strategies/Potential Savings vs. Copper Usage
[6] Frederik Groeman, juillet 2000, Optimal reduction of energy losses in catenary wires for DC railway systems, réf. 98430138-TDP 00-12709, disponible sur
www.leonardo-energy.org
[7] Frederik Groeman, novembre 2001, Benefits of upgrading the overhead line of a DC railway line in the Netherlands – a simulation case study, disponible sur
www.leonardo-energy.org
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Source: www.visualcapitalist.com.