Phénomènes d’atténuation

Les propriétés de propagation des réseaux de distribution sont fortement induites par la topologie mise

en œuvre pour répondre au besoin d’acheminement de l’énergie électrique. L’affaiblissement des

réseaux dépend alors des propriétés physiques des équipements réseaux employés, ainsi que des propriétés de raccordement et de comportement des différents clients. Chaque topologie réseau présente alors des atténuations propres.

4.3.1.1 Les pertes liées aux équipements réseaux

La transmission de signaux HF dans les câbles a pour conséquence d’observer un phénomène de courants de Foucault qui a pour répercussion d’entrainer l’effet de peau et l’effet de proximité [40].

Plus la fréquence sera élevée, plus ces effets seront présents. L’effet de peau se définit par la propagation du signal en surface du conducteur. Il a pour résultat d’augmenter la résistance linéique du

conducteur du câble et donc d’accroître ses pertes linéiques. On retrouve également ce même

phénomène pour les transformateurs de puissance au niveau de leurs enroulements. L’effet de

proximité dépend de la position des différents conducteurs les uns par rapport aux autres, ce qui aura

pour conséquence d’influer sur la circulation du courant au sein des conducteurs. Au final, l’augmentation de la fréquence aura pour conséquence d’entraîner un affaiblissement plus important

au sein des réseaux électriques. Ce phénomène sera plus approfondi dans le chapitre 2.

4.3.1.2 Le phénomène de multitrajets

Une des principales causes de l’affaiblissement des réseaux électriques s’explique par le fait que les

impédances localisées (terminales) sont généralement désadaptées avec les câbles électriques, ce qui a pour effet de réaliser des réflexions des signaux CPL. Les réseaux électriques se présentent alors comme un canal de transmission à multitrajets pouvant ainsi entraîner des évanouissements (atténuations plus importantes) à certaines fréquences [5, 6, 7, 8, 9]. Le réseau électrique présente alors un comportement similaire aux transmissions radio de par sa sélectivité en fréquence. Dans le cas des réseaux « Indoor », les impédances localisées correspondent aux appareils électriques raccordés à

l’installation. Au niveau des réseaux « Outdoor », il s’agira de l’ensemble de ces équipements électriques représentant ainsi l’impédance du client vue par le réseau HTA ou BT. Toutefois, la mise

en fonctionnement/arrêt d'un appareil électrique à l'intérieur du logement, ou de bâtiments n'entrainera pas toujours la modification de l'impédance équivalente du client vue par le réseau. En effet, selon le type d'appareil et son emplacement, l'impact sur la modification de l'impédance peut être négligé. Les

plus élevées. La même remarque peut être faite concernant l’impédance équivalente du réseau BT et

HTA.

4.3.1.3 Une variation temporelle du réseau électrique

Ensuite, l’impédance des clients reflète leur comportement qui varie au cours du temps. Cette variation a pour résultat de modifier la réponse du support de transmission CPL sur l’ensemble de la journée,

mais ces impédances peuvent rester inchangées pendant plusieurs minutes, voire plusieurs heures. De plus, selon la fréquence, elles prennent des valeurs différentes. Les conditions de propagation peuvent par conséquent être considérées comme constantes pendant des périodes temporelles bien supérieures à la durée de transmission des signaux CPL. La connaissance des profils de charges des clients à la fréquence du réseau (50/60 Hz) ne présume en rien de leur impédance aux fréquences CPL. En effet, plus la fréquence est élevée, plus les phénomènes capacitifs et inductifs priment sur l’aspect résistif des équipements électriques. Pour déterminer la valeur de ces impédances localisées, il est alors nécessaire de réaliser des mesures « in-situ ».

4.3.1.4 Les impédances localisées dans la littérature

L’impédance du réseau à 50/60 Hz varie au cours du temps et de l’espace de façon aléatoire, en conséquence de la connexion et déconnexion d’appareils électriques, mais également en fonction de la

fréquence [41, 42]. Cette variation d’impédance entraine une désadaptation d’impédance entre

l’impédance du réseau électrique et l’impédance du modem CPL. Dans un premier temps, cette désadaptation entraine des pertes de qualité de transmission se traduisant par une perte d’insertion du

signal sur le réseau et par un gain de réception faible [41]. Dans un deuxième temps, elle implique des difficultés de conception des modems CPL [43]. L’objet des recherches est donc de caractériser le

comportement fréquentiel de l’impédance des réseaux électriques étudiés pour optimiser la transmission CPL. Si l’impédance réseau est connue, le phénomène de désadaptation d’impédance

pourra être réduit et ainsi la qualité de transmission et de réception pourra être améliorée en minimisant les pertes.

Dans les années 70, les auteurs [44] ont réalisé un certain nombre de mesures d’impédances réseaux dans la bande de fréquences allant de 20 kHz à 30 MHz. Les résultats sont comparés à un circuit appelé « Réseau Stabilisateur d'Impédance de Ligne » (RSIL). Cette étude comparative a démontré que ce circuit était une bonne représentation de l’impédance réseau, et que, par conséquent, c’était un bon choix pour la normalisation des équipements CPL entre les différents laboratoires. Dans [45], les auteurs réalisent de même sur des réseaux américains et européens. En France, des travaux ont été

réalisés par EDF sur la caractérisation d’appareils domestiques, mais également sur la variation d’impédances dans la bande de fréquences CENELEC [46].

La référence [47] traite de l’impact des appareils ménagers sur l’impédance globale d’un réseau

domestique dans la bande de fréquences allant de 5 kHz à 20 kHz. L’auteur [48] a réalisé des études

de perturbations de 10 kHz à 100 MHz, et d’impédances, de perte de transmission dans la bande de

fréquence de 10 kHz à 20 MHz au sein de bâtiments au Japon. Dans un autre papier [49], l’auteur

traite des variations significatives de l’impédance réseau et propose par le biais d’une impédance

adaptative du modem CPL une amélioration de la transmission. Des études sur des impédances de

charges et d’appareils électriques utilisés au sein des réseaux domestiques sont exposées dans [50, 51, 52, 53]. Dans [52, 53] un travail important a été effectué sur la caractérisation des charges électriques des réseaux domestiques dans la bande de fréquences de 100 kHz à 500 kHz. Les données observées illustrent que chaque charge possède son propre comportement en fonction de la fréquence.

Dans [54], des mesures d’impédances de réseaux de distribution de type rural, urbain et industriel ont

été réalisées en Turquie dans la bande de fréquences allant de 10 kHz à 170 kHz. De plus l’auteur, à partir d’une ligne non chargée, a mesuré l’impédance de charge de plusieurs appareils domestiques. Globalement, les résultats montrent que l’impédance équivalente d’un réseau industriel est plus faible

(1-8 Ohms) qu’un réseau urbain (1-14 Ohms) qui est plus faible qu’un réseau rural (3-16 Ohms).

Chaque réseau étant différent, le nombre et le type de clients impacteront sur le niveau de l’impédance équivalente différemment d’un réseau à un autre.

L’auteur [55] a réalisé des mesures d’impédance sur plusieurs réseaux de distribution illustrant

l’impact du type d’habitation sur la valeur de l’impédance et sa variation au cours du temps, et de la

fréquence. Ensuite dans [56], à la suite des premiers travaux dans [57], l’auteur expose une méthodologie assistée par ordinateur permettant de concevoir un adaptateur d’impédance large bande au réseau électrique. La référence [58] réalise un état de l’art et les tendances vis-à-vis des CPL à bande étroite. Les sujets abordés exposent les principes de base de la transmission CPL, dont les problématiques de conception et les challenges à la mise en place de cette technologie, de par sa

gestion de l’énergie et sa qualité de transmission. En 2013, l’auteur [59] aborde la technologie CPL à bande étroite sur les réseaux de distribution chinois. Les atténuations, les interférences et la variation

des impédances sont abordées par des mesures d’un réseau urbain composé de lignes souterraines dans

la gamme de fréquences allant de 30 kHz à 500 kHz.

Dans [60], l’auteur propose un modèle stochastique basé sur un modèle déterministe dans le domaine

fréquentiel qui a pour vocation de proposer un modèle réseau destiné à l’étude des CPL MIMO au sein

des réseaux domestiques. Enfin, plus récemment dans [61], des simulations ont été réalisées dans divers scénarii afin d'obtenir des caractéristiques d'impédance de réseau, pour être exploitables par les concepteurs de système CPL.