À chaque secteur d’activité son transformateur. La fonction est la même mais les technologies et caractéristiques seront bien différentes pour s’adapter à chaque usage, chaque environnement, chaque cahier des charges du constructeur de l’équipement.

Les transformateurs de distribution restent un marché important
Ces transformateurs sont présents à chaque étage de changement de tension, depuis le transport à très haute tension à la sortie des centrales de production jusqu’au transformateur terminal à secondaire basse tension 400/230 V. En France, Enedis exploite plus de 760 000 de ces transformateurs, leur nombre augmentant chaque année. Cette croissance peut être très forte dans les pays émergents ou en cours de fort développement comme la Chine ou l’Inde. Les transformateurs de très haute tension (supérieure à 63 kV) sont beaucoup moins nombreux et leur installation est liée à l’extension des réseaux de distribution ou à la mise en service de nouvelles centrales. Ainsi, pour la centrale EPR de Flamanville, le fabricant lyonnais de transformateurs JST a fourni 4 x 650 MVA et 4 x 100 MVA/400 kV. La puissance la plus élevée de ce constructeur atteignant 2 250 MVA et 800 kV. Ce sont évidemment des projets de très longue haleine qui demandent des études spécialisées.

Un domaine en expansion et pour des puissances de plus en plus importantes est le marché des champs photovoltaïques, dont la puissance peut dépasser plusieurs dizaines de MVA, et les champs d’éoliennes pour la transmission de l’électricité entre le champ éolien et le réseau. Avec des réalisations très particulières : STX à Saint-Nazaire vient de livrer pour le champ éolien d’Arkona en mer du Nord (385 MW) une plateforme de 4 000 tonnes qui sera la plus grosse station offshore HVAC au monde. La partie électrique et transformateur a été conçue par Schneider Electric et ABB. Un autre marché est apparu avec l’équipement de ports qui reçoivent des bateaux de croisière, comme Marseille ou Nice, de postes d’alimentation à quai de ces bateaux pour éviter la pollution des générateurs de bord.

Une évolution technique peu visible mais constante
Depuis le premier transformateur des années 1880, le principe a peu évolué et les progrès ont surtout porté sur la fiabilité et l’amélioration du rendement. Le rendement est généralement supérieur à 98 %, mais une augmentation de ce rendement en fonction de la technologie utilisée et du savoir-faire peut permettre des économies importantes, même si le coût d’achat est plus élevé. Dans bien des cas, le remplacement de vieux transformateurs énergivores, parfois âgés de plus de 30 ou 40 ans, par une nouvelle génération est très rentable en termes de kWh perdus. Le développement de la fiabilité et de la sécurité d’exploitation est aussi un axe de recherche et d’amélioration des constructeurs, la panne d’un transformateur se traduisant souvent par un arc électrique suivi d’un incendie. La surveillance et le contrôle des paramètres et des performances sont aussi des points importants. ABB a ainsi présenté à la Foire de Hanovre son transformateur de distribution ABB Ability TX, qui fournit des informations pour maximiser la fiabilité, les coûts d’exploitation et de maintenance : un système digitalement intégré.

Les secteurs industriels, du ferroviaire ou médical restent de très gros utilisateurs
On entre là dans le domaine du sur-mesure où, à partir des spécifications ou du besoin du client, le fabricant va concevoir un matériel adapté en fonction des normes, des conditions d’ambiance, des performances attendues.

Selon Christian Madelon, PDG du fabricant Agecelec Industrie-C2EI : « Pour ces types d’applications, la proximité avec le client est essentielle ; avant la conclusion du contrat de vente, les échanges sont principalement techniques afin de prendre en compte les contraintes d’encombrement, de pertes, d’échauffement, plus globalement de l’intégration de la solution proposée par Agecelec Industrie au sein de l’application du client. On est donc loin des marchés du transformateur classique de distribution… Tout l’intérêt sur un plan d’intellectuel pour l’ingénieur-designer est d’avoir une parfaite compréhension de l’application du client, de ses implications électrotechniques afin de lui proposer les solutions les mieux adaptées. Cette étape peut, en fonction des projets, prendre plusieurs mois, avec l’obligation parfois de “revoir sa copie” car le projet du client évolue lui aussi, avec des besoins changeants qui nécessitent une adaptation permanente. »

La proximité avec le client, la facilité des échanges techniques mais aussi la réduction des coûts logistiques (le transformateur de puissance est un équipement lourd) sont des points forts pour des PME françaises qui souvent fidélisent leurs clients pendant de nombreuses années et résistent à la concurrence chinoise.

Un exemple avec la réalisation pour la société Basis EP : début 2017, Basis EP (Basis Electronique de Puissance), spécialisée dans la conception de systèmes d’électronique de puissance pour des process industriels et partenaire de longue date d’Agecelec Industrie, contacte Agecelec dans le cadre d’un projet de redresseur de forte puissance pour une usine d’électrolyse sur le site de Dunkerque de Rio Tinto. Un premier travail sur les spécifications a conduit à proposer 4 transformateurs montés en parallèle de 1 320 KVA chacun avec selfs interphases. Le montage en shelters proposé par Basis EP à son client induisait des contraintes d’environnement et de connectique qui ont ensuite conduit Agecelec Industrie à repenser la définition et l’intégration des selfs interphases et proposer une solution moins volumineuse, s’intégrant parfaitement dans le volume disponible dans le shelter. Une optimisation fine des pertes a aussi permis de réduire l’échauffement et les pertes associées et d’optimiser le système de ventilation du shelter.

Au final, 4 mois d’études et d’échanges entre Basis EP et Agecelec Industrie ont permis à Basis EP de remporter le projet auprès de son client grâce aux optimisations de volumes et de pertes, donc de coût. Les 4 transformateurs et leurs selfs ont été livrés au tout début de 2018, les alimentations complètes en shelter par Basis EP, mi-2018.

Les applications ferroviaires demandent également des équipements très spéciaux en termes de caractéristiques de tensions, fréquences, conditions d’ambiance ou d’implantation dans les divers trains de transport de fret ou de passagers. Des technologies que maîtrisent des constructeurs comme Alstom, avec des gammes de transformateurs et inductances embarqués jusqu’à 10 MVA, ou JST-Transformateurs, qui équipe des TGV français, mais aussi coréens (Hyundai Rotem), des automotrices ou des locomotives avec des transformateurs installés en toiture ou sous caisse. Des applications qui demandent un encombrement et un poids limités, un faible niveau de bruit et peu de maintenance. Le ferroviaire est aussi présent dans les activités de fabricants de taille moyenne comme Cefem. Jérôme Fangier, directeur R&D de Cefem Power, explique : « Pour le ferroviaire, nous travaillons beaucoup sur les conditions d’environnement, l’humidité, l’encombrement et la maîtrise des pertes pour de petites séries pour lesquelles il n’y a pas de composants standards. Pour les matériaux magnétiques qui évoluent peu, il faut choisir le bon matériau au bon endroit. Cette technicité permet de résister aux pays low cost. »

L’importance de la maintenance et des services
Les transformateurs sont souvent des équipements critiques, pour la distribution publique mais aussi pour les industriels, pour lesquels un défaut peut entraîner de lourdes pertes d’exploitation et un risque pour les personnes et les biens (incendie, coupure longue, pollution). Pendant la longue vie d’un transformateur, une panne peut être provoquée par des causes extérieures (foudre, surtension, surcharge), mais aussi par des causes internes : vieillissement des isolants, humidité… D’où l’importance de services de maintenance et de réparation pour limiter les risques. Ces services sont assurés par des constructeurs, mais aussi par de nombreuses sociétés spécialisées intervenant dans des délais très courts avec des équipes et moyens adaptés.

Zoom sur Agecelec Industrie-C2EI

Depuis plus de 60 ans, Agecelec Industrie met son savoir-faire technique et technologique dans la conception et la fabrication de transformateurs et selfs électriques en basse et moyenne tensions. Pour répondre aux attentes de ses clients, Agecelec Industrie a su adapter en permanence son organisation et ses moyens de design et production aux évolutions du marché des transformateurs électriques et du monde industriel, et mettre ainsi en place des solutions spécifiquement conçues pour les applications les plus exigeantes, dans des domaines d’activité aussi variés que la conversion d’énergie, les industries de process, le redressement harmonique, l’Oil & Gas et la marine… Ainsi, Agecelec Industrie a conçu des solutions sur mesure dans les domaines notamment des fours industriels, du traitement silicium pour les applications photovoltaïques, du traitement de surface et traitement des matériaux.
Pour tenir compte des spécificités de ces marchés, des solutions innovantes ont également été mises au point dans les secteurs du refroidissement et de la maîtrise des bobinages basse induction/très forte intensité.