Usine de Cusset, débuts de l'électrification du pays.

JacquesL · 02 Mai 2011, 03:27:23 PM

On m'a communiqué la plaquette d'histoire industrielle locale : le canal de Jonage et l'usine de Cusset (construction de 1894 à 1899), dont la concession de 99 ans a été renouvelée pour 40 ans en 2002.

La plaquette précise que le premier équipement a été fait en alternateurs, qui ont été renouvelés dans les années trente par des modèles de puissance quadruple.
Fort bien, mais en quelle fréquence, les alternateurs initiaux ?

Regardons l'état de l'art, lors de l'exposition universelle de 1900 à Paris :

Citation de: http://dspt.deonto-ethique.eu/Expo1900Paris.htmQuels sont les besoins estimés en Electricité pour cette Grande Exposition ?

Après calcul et vérifications, il est établi qu'une puissance d'environ 20.000 KW sera nécessaire pour la durée de l'Exposition qui sera de l'ordre de 200 jours.

Comme un certain nombre d'exposants disposeront de moteurs à gaz, il faudra aussi prévoir une alimentation en gaz de ville. La ville de Paris offrira gracieusement les 270.000 m3 de gaz nécessaires.

L'électricité sera fabriquée sur place pour la zone centrale du Champs de Mars. Les berges de Seine seront alimentées en courant alternatif pris sur le réseau et la zone de l'Esplanade des Invalides et des Champs Elysées seront alimentés en courant continu à partir de convertisseurs AC/CC branchés sur d'autres réseaux parisiens.

Sur les Champs Elysées on se raccordera sur 2 réseaux existants un en 5000 Vots triphasé 25 Hz et l'autre en 2200 Volts 42 Hz. Sur l'Esplanade des Invalides de l'autre côté de la Seine, il y a du 3000 Volts triphasé 50 Hz.

Les électriciens s'adapteront ! La Société Thomson-Houston fournira des convertisseurs de puissance unitaire 200 et 300 KW qui fourniront le 250 V continu.

Bon alors si j'ai bien tout noté il faudra prévoir en puissance à installer :

- 2500 KW en CC 250 Volts
- 5500 KW en CC 500 Volts
- 500 KW en AC 2200 V 42 Hz diphasé
- 1300 KW en AC 2200 V 50 Hz monophasé
- 8500 KW en AC 3000 V 50 Hz triphasé
- 1250 KW en AC 2200 V 42 Hz Triphasé
- 700 KW en AC 5000 V 25 Hz Triphasé.

Un peu complexe tout ça ! Mais on va y arriver ! Le réseau interconnecté c'est encore pour demain !

Chaque société a son standard !

En plus, compte tenu de l'étendue de la zone en Courant Continu, un réseau à 3 fils s'avèrera plus économique qu'un réseau à 5 fils mis en oeuvre sur des lignes longues. On aura donc la possibilité de disposer de 500 Volts ou de 250 Volts, mais pas de 125 V. Les lampes à incandescence seront donc montées en séries par paires.

Pour les réseaux en Courant Alternatif, pas de problème, des transformateurs viendront ajuster la tension en tant que de besoin. Que la Haute Tension soit en 5000 V , 2200 V ou 3000 V , peu importe, on s'adaptera sans peine pour avoir du 110 ou 220 V !

A titre de comparaison, l'Exposition de 1889 disposait d'une puissance électrique presque 10 fois plus faible.

Résumons :
Il existe à cette époque de la distribution en continu, en 25 Hz, en 42 Hz, et en 50 Hz, rien que pour la France.
En Amérique c'est majoritairement du 60 Hz : George Westinghouse et Nikola Tesla ont gagné la guerre contre Thomas Edison, qui ne jurait que par le courant continu.
Mais le premier équipement des chutes du Niagara était déjà fait en 25 Hz.
Ajoutons que les chemins de fers suisses, allemands et autrichiens ont alimenté leur traction en 16,333 Hz, que c'est toujours en service, et que certaines lignes autrichiennes sont en 25 Hz.

Quand j'ai commencé d'étudier l'électricité en autodidacte avec des livres d'atelier ( les Varoquaux, Bellier et Galichon, éditions de 1955), de nombreux petits réseaux de puissance en courant continu étaient encore en service, la dynamo servant d'exemple d'atelier avait été destinée à des ateliers de galvanoplastie. Presque tout le réseau ferré français était en 1500 volts continu, sauf un projet expérimental sous 50 Hz, 25 kV, entre Valenciennes et Thionville, pour le trafic minéralier. Les convertisseurs tournants alternatif-continu étaient des pièces courantes, tandis que les redresseurs polyanodiques à cathodes de mercure pour les sous-stations SNCF étaient une nouveauté à la pointe de la technologie. Les ignitrons, assez compacts pour être installés sur une locomotive, sont arrivés peu après.
Un lien :
Traction électrique, Volume 1
Par Jean-Marc Allenbach

Un peu de recherche documentaire, et c'est encore plus compliqué :

Citation de: http://en.wikipedia.org/wiki/Utility_frequencyLes réseaux de production de courant alternatif très isolés utilisaient des fréquences arbitraires basées sur la conception de la machine à vapeur, de la turbine hydraulique ou du générateur électrique. Au XIXe siècle, les concepteurs ont choisi des fréquences relativement élevées pour les transformateurs et les lampes à arc, afin d'économiser sur la matière; mais choisissaient des fréquences plus basses pour le transport sur de longues distances, pour des moteurs et pour les convertisseurs rotatifs pour la production de courant continu. Des fréquences entre 16 2/3 Hz et 133 1/3 Hz ont été utilisées par plusieurs systèmes de production. Par exemple, la ville de Coventry (Angleterre) avait un système de distribution monophasé de 87 Hz qui a été en fonctionnement jusqu'en 1906. Une fois que les moteurs électriques sont devenus très courants, il a été important de standardiser la fréquence du réseau afin d'assurer la compatibilité avec l'équipement des clients. La standardisation sur une fréquence unique a, plus tard, aussi permis l'interconnexion des unités de production en réseaux générant des économies et apportant une sûreté de fonctionnement.

Bien que plusieurs théories et légendes existent, il existe quelques certitudes sur l'historique du 60 Hz vs 50 Hz. Tout d'abord, les fréquences très en dessous de 50 Hz génèrent des clignotements des lampes à arc ou à incandescence. Peu avant 1892, Westinghouse aux États-Unis choisissait le 60 Hz, alors que AEG en Allemagne optait pour le 50 Hz en 1899, conduisant à un monde majoritairement coupé en deux.

Nikola Tesla aurait eu une très forte influence sur le choix de Westinghouse. L'utilisation du 60 Hz a permis d'utiliser les moteurs à induction à la même vitesse que celle des machines à vapeur standard, machines courantes au XIXe siècle. Toutefois, les premiers générateurs, construits par Westinghouse et installés sur les chutes du Niagara, produisaient du 25 Hz car la vitesse de la turbine avait déjà été choisie avant que la standardisation ait été définitivement fixée.
...
Certains pensent que le choix d'AEG du 50 hertz aurait été fait pour avoir une valeur "ronde". Cela a pu également avoir été une décision intentionnelle destinée à être incompatible avec les autres fréquences, bien qu'il faille relativiser (de multiples fréquences étaient employées, si bien qu'aucune n'émergeait vraiment). Une pléthore de fréquences a continué à coexister (En 1918, Londres avait 10 fréquences différentes). Ce n'est qu'après la Seconde Guerre mondiale, avec la diffusion des biens de consommation électriques, que des normes ont été établies.

D'autres fréquences qui étaient relativement communes dans la première moitié du XXe siècle, demeurent en service aujourd'hui dans des cas isolés, souvent attaché au système de 60 Hz par l'intermédiaire d'une commutateur réalisé par un convertisseur tournant ou un inverseur statique. En raison des coûts, la standardisation ne s'est pas faite immédiatement et quelques parties du réseau de distribution ont pu continuer à opérer avec des fréquences originales. Le 25 Hz a été employé en Ontario, au Québec, et dans le nord des États-Unis. Dans les années 50, beaucoup d'équipements (des générateurs aux appareils électroménagers) fonctionnant à 25 Hz, ont été mis à la norme. Cependant, des générateurs de 25 Hz existent toujours dans les stations des chutes du Niagara et fournissent de la puissance aux grands clients industriels qui n'ont pas voulu remplacer l'équipement existant. De même, des moteurs à 25 hertz équipent quelques pompes à eau installées lors de la crue de la Nouvelle-Orléans.

Aux États-Unis, la compagnie d'électricité Southern California Edison, qui avait pour standard le 50 Hz, n'a basculé au 60 Hz qu'en 1948.

Fréquences électriques en usage en 1897 en Amérique du nord
Fréquence (Hz)    Description
140    Wood arc-lighting dynamo
133    Stanley-Kelly Company
125    General Electric single-phase
66.7    Stanley-Kelly company
62.5    General Electric "monocyclic"
60    Many manufacturers, becoming "increasing common" in 1897
58.3    General Electric Lachine Rapids
40    General Electric
33    General Electric at Portland Oregon for rotary converters
27    Crocker-Wheeler for calcium carbide furnaces
25    Westinghouse Niagara Falls 2-phase - for operating motors

Au milieu du XXe siècle, les fréquences en service n'avaient pas été totalement standardisées aux valeurs actuelles (50 Hz et 60 Hz). En 1946, un manuel de référence pour la conception des équipements radio listait (encore) les fréquences électriques obsolètes !

Fréquences électriques en usage en 1946 (autres que le 50 et le 60 Hz)
Fréquence (Hz)    Region
25    Canada (Sud Ontario), Panama (Zone du canal)(*), France, Allemagne, Suede, Royaume-Uni, Chine, Hawaii, Inde, Manchourie
40    Jamaïque, Belgique, Suisse, Royaume-Uni, Malaisie, Egypte, Australie (Est) (*)
42    Tchécoslovaquie, Hongrie, Italie, Monaco(*), Portugal, Roumanie, Yougoslavie, Libye (Tripoli)
43    Argentine
45    Italie, Libye (Tripoli)
76    Gibraltar(*)
100    Malte(*), Afrique de l'est britannique

Dans les zones marquées avec le (*), la fréquence indiquée était la seule en service.

Chemins de fer

D'autres fréquences sont utilisées pour les chemins de fer. L'Allemagne, l'Autriche et la Suisse utilisent du courant alternatif monophasé à 16 2/3 Hz pour la chaîne de puissance. La fréquence de 25 Hz était utilisée sur certaines lignes des chemins de fer autrichiens (Mariazeller Bahn) et quelques lignes dans les États de New York et de Pennsylvanie (Amtrak) aux États-Unis.

Les autres lignes de chemin de fer sont alimentées à des fréquences industrielles (50 Hz ou 60 Hz), et dans ce cas le courant destiné à la chaîne de traction est delivré directement via des lignes standards. Dans les pays utilisant le 16 2/3 Hz il est délivré soit par l'intermédiaire de convertisseurs de fréquences,soit par des unités de production dédiées.
...

Electrification de traction :

En Suisse, les FFS sont propriétaires de nombreux barrages, pour leur réseau de puissance propre.

Le 15 kV en 16 périodes 2/3 est aussi utilisé en Suède et en Norvège.
Le 25 Hz sous 11 kV est utilisé aux U.S.A.
Plein de détails, dans l'ouvrage de J.-F. Picard :
http://www.histcnrs.fr/ElectrEurop.pdf

Mais je n'ai encore aucune preuve que le barrage de Cusset ni le barrage savoyard de Moutiers aient produit du 50 hz dès le début. Je ne sais même pas qui a fourni les alternateurs.
Voilà enfin le renseignement (CHAUVIN - René, Construction du Canal de Jonage) :
http://bibli.ec-lyon.fr/patrimoine/patrimoine/tables/01290V01.html
http://bibli.ec-lyon.fr/exl-doc/patrimoine/01290V01/01290V01.zip
http://bibli.ec-lyon.fr/exl-doc/patrimoine/01290V01/PDF/FA01290V01_INP00164.pdf

Citerla fréquence a été arrêtée à 50 Hz, de façon à convenir à la force motrice et à l'éclairage.

La tension a été prévue à 3500 V pour pouvoir en rester à l'isolant papier, sans devoir faire appel au caoutchouc, qui n'aurait pas résisté en souterrain.

Je ne trouve toujours pas le nom du constructeur des alternateurs, mais la trace de tous les tâtonnements préliminaires aux choix définitif. Le triphasé et la tension n'ont été choisis qu'après remise du prix partagé entre les cinq entreprises soumissionnaires pour l'ingénierie du projet. En revanche on trouve les noms des trois fournisseurs des transformateurs de distribution (Labour, Alioth, Creusot) répartis dans Villeurbanne, Lyon, Vénissieux, Saint-Fons, Caluire, Cuire. Les câbles en 3500 V sont fournis par Berthoud-Borel, et posés en tranchée.

Le même ouvrage précise les fournisseurs de moteurs les plus courants, qui sont presque tous des asynchrones, sauf quelques moteurs synchrones pour des grosses puissances : Société Alsacienne de constructions mécaniques de Belfort, Brown, Boucherot, Fabius Henrion, Fives-Lille, et Eclairage Electrique. Les moteurs Brown utilisent le démarrage étoile-triangle, grâce à un commutateur à six voies. Les moteurs Allioth, à rotor bobiné se démarrent en insérant des résistances d'induit. Les moteurs de Belfort automatisent ce court-circuitage des résistances de démarrage avec un commutateur centrifuge.

Beaucoup de détails sur les concentrations industrielles dans le secteur de la production et la distribution d'électricité :
http://www.persee.fr/articleAsPDF/ahess_1243-2571_1944_num_6_1_3130/article_ahess_1243-2571_1944_num_6_1_3130.pdf