Un système de courant (ou tension) triphasé est constitué de trois courants (ou tensions) sinusoïdaux de même fréquence et de même amplitude qui sont déphasés entre eux d'un tiers de tour soit radians (ou 120 degrés) dans le cas idéal. Si la fréquence est de , alors les trois phases sont retardées l'une par rapport à l'autre de (soit ). Lorsque les trois conducteurs sont parcourus par des courants de même valeur efficace et sont déphasés de , le système est dit équilibré.
Dans le cas de la distribution électrique, le réseau peut se modéliser par trois sources de tension sinusoïdales d'amplitude identique, par exemple efficaces dans la plupart des pays européens, présentant un angle de phase de 120° entre elles. Idéalement la tension des trois phases est constante et indépendante de la charge, seul le courant de chaque phase devant être dépendant de la puissance de sortie.
Du fait du déphasage de 120°, un réseau dont la tension efficace entre phase et neutre est de aura une tension composée de efficaces entre phases.
Déroulement historique vignette|Schéma de 1895 décrivant le moteur à courant alternatif de Galileo Ferraris
Les technologies antérieures à l’invention du courant triphasé Plusieurs systèmes électriques différents se sont développés et ont cohabité dans la période de 20 ans précédant l’invention et l’utilisation du courant triphasé, soit pendant les années de 1871 à 1891 dans les pays industrialisés, et principalement en Europe et en Amérique du Nord.
Courant continu basse-tension Le courant continu permettait de transporter l’énergie mais uniquement sur de courtes distances du fait de pertes importantes dans les lignes.
Courant alternatif basse-tension À la même époque, la technologie de courant alternatif est apparue, mais son utilité était très restreinte (alimentation de lampe à arc).
Ces deux systèmes basse tension, ne convenaient pas pour le transport et la distribution d’électricité, et impliquaient donc que les sources de production soient géographiquement proches des points de consommation.
Courant continu haute-tension Pour contrer ce problème, certains ingénieurs ont développé des dynamos à courant continu haute tension, qui permettaient le transport sur de longues distances. Néanmoins les équipements nécessaires à la conversion vers la basse tension étaient complexes et onéreux ce qui en a limité le développement.
Courant alternatif haute-tension monophasé L’invention du transformateur en courant alternatif a permis l’utilisation du courant haute-tension monophasé.
La différence avec le système précédent est que le transformateur est un équipement peu cher et moins complexe pour la conversion en basse tension.
Tous ces systèmes existants avant le courant triphasé ont assuré certaines des quatre fonctions nécessaires que sont la force motrice, l’éclairage, la distribution et le transport, sans jamais assurer les quatre.
Les inventeurs Après la guerre des courants entre Edison et Tesla dans les années 1880 aux États-Unis, le courant alternatif s’impose comme la technologie privilégiée pour le transport de l’électricité.
Ainsi, à partir des années 1880, la deuxième révolution industrielle va être soutenue par l’apparition de nouvelles sources d’énergie dont notamment l'électricité. En effet les usines ont besoin d’énergie en grande quantité, et peuvent être éloignées des lieux de production d’électricité. Le développement de technologies permettant de mettre en place un réseau de transport de longue distance de l’électricité permettait ainsi une liberté plus grande quant à l’emplacement de ces usines.
C’est dans ce contexte que la technologie du courant alternatif triphasé a été mise au point à travers de multiples expériences et inventions.
Les systèmes d'alimentation comportant plusieurs phases ont été inventés indépendamment par plusieurs ingénieurs dans plusieurs pays différents à la fin des années 1880.
L'alimentation triphasée a évolué à partir du développement des moteurs électriques. En 1885, Galileo Ferraris, à travers ses recherches sur les moteurs électriques, développe l’alternateur permettant de convertir l’énergie mécanique en énergie électrique et fournissant du courant alternatif.
En 1888, Nikola Tesla obtient un brevet pour la conception d'un moteur électrique triphasé.
Mikhail Dolivo-Dobrovolsky a développé un générateur électrique triphasé et un moteur électrique triphasé en 1888 et a étudié les connexions en étoile et en triangle. Son système de transmission triphasé à trois fils a été présenté en Europe lors de l'exposition internationale d'électrotechnique de 1891.
En 1891, Dolivo-Dobrovolsky a utilisé un système de transmission triphasé à trois fils pour transmettre de l'énergie électrique sur une distance de 176 km avec un rendement de 75 %. La même année, il a également créé un transformateur triphasé. Il a conçu la première centrale hydroélectrique triphasée au monde en 1891.
En 1892, la société AEG, et Oskar von Miller réalisent une première ligne de transport de courant en triphasé de 177 km entre Lauffen et Francfort, en Allemagne.
Il apparaît donc que le courant triphasé comble les manques des systèmes antérieurs, notamment pour le transport de l’électricité sur de longues distances. La possibilité de transporter l’électricité sur de longues distances va entraîner l’apparition du concept d’interconnexion électrique à grande échelle.
Avantage par rapport au courant monophasé Le courant triphasé permet d'éviter les problèmes de puissance inhérents au courant monophasé alternatif (en régime sinusoïdal). On peut démontrer que le courant triphasé délivre une puissance instantanée sans composante pulsée contrairement au courant monophasé où la puissance instantanée présente une variation sinusoïdale de fréquence double superposée à une composante continueCours sur le régime sinusoïdal triphasé Sur le site www.emc.epfl.ch consulté le 13 avril 2012.. Il est absolument nécessaire d’annuler cette pulsation de la puissance car elle se retrouve également dans la puissance mécanique transmise par l'arbre de l'alternateur et se traduit par une pulsation du couple mécanique qui peut entraîner la destruction de ce dernier. De plus, les alternateurs triphasés ont un meilleur rendement que leurs homologues monophasés et le régime triphasé occasionne moins de pertes lors du transport en ligne de l'électricité.
L’électrification et l’interconnexion en France et en Europe La capacité du courant triphasé à transporter l’électricité sur de longues distances a favorisé l’électrification des territoires au travers d’interconnexions.
L’interconnexion désigne l’échange d’électricité entre différents réseaux électriques.
Acteurs au niveau local, régional et national L’électrification et l’interconnexion des réseaux électriques se sont faites par étapes. Différents acteurs sont intervenus en fonction de l’ampleur géographique des réseaux.
Au niveau local ce sont les municipalités, ou départements pour le secteur public, mais également des entreprises qui ont permis le développement du réseau électrique.
Pour des zones géographiques de taille supérieure, ce sont les provinces, les Landers, ou encore les cantons, ainsi que des groupes industriels qui interviennent pour l’électrification.
Enfin, dès que le niveau national a été atteint, les États, ou encore les groupes industriels deviennent des acteurs principaux pour l’électrification et l’interconnexion des réseaux de niveaux inférieurs.
Ainsi les acteurs du secteur public, aussi bien au niveau local que régional, ou national, interviennent dans l’électrification des territoires.
Leurs interventions peuvent être légales, en créant des lois ou des normes. Ainsi la première mission de ces acteurs a été de donner une existence légale à l’électricité, et aux éléments qui contribuent à sa production, sa distribution, et son utilisation, mais également donner un statut aux acteurs publics ou privés qui développent les réseaux électriques ou la production d’électricité. Vient ensuite une phase de réglementation : il devient en effet nécessaire d’encadrer les pratiques afin d’uniformiser le développement de la technologie, et de pouvoir la contrôler. Cela peut passer par la mise en place de normes pour le matériel, ou pour la construction, mais également de concessions, et de réglementations sur le cheminement des câbles sur les territoires. Cet aspect est important car une fois les règles établies, cela va favoriser le développement de la technologie qui pourra alors se faire de manière harmonisée.
Finalement, l’État peut également participer plus concrètement au développement de l’électrification grâce à un apport matériel ou financier, mais également en prenant part directement dans des entreprises privées, ou en nationalisant une partie de l’industrie de développement du réseau électrique.
Il faut cependant noter que des disparités existent entre les pays. Par exemple en France, les départements n’ont que peu de pouvoir sur les infrastructures électriques et s’appuient sur l’État pour leur gestion. À l’inverse les Lander allemands ont une liberté plus importante vis-à-vis de l’État, ce qui leur permet d’intervenir dans l’électrification et l’interconnexion des réseaux au niveau régional..
Les acteurs du secteur privé ont également joué un rôle important. En effet les financements privés ont été nombreux lors du développement des réseaux électriques et de leurs interconnexions.
Ainsi les banques et entreprises qui ont fourni des capitaux pour ce développement ont joué un rôle important pour la mise en place du réseau électrique de transport d’électricité triphasé haute tension..
Enfin, les gestionnaires de réseaux de distribution (GRD) sont également des acteurs centraux de l’électrification. Ils peuvent être publics ou privés, et leur organisation dépend de la structure des réseaux électriques nationaux ou locaux. Ainsi par exemple en France, RTE est le gestionnaire unique du réseau haute tension triphasé, à l’inverse, en Allemagne la gestion est répartie entre 4 GRD.
Les acteurs du réseau de transport et de distribution, et leur organisation influent donc largement sur les choix et politiques de développement de ces réseaux. Ainsi, par exemple, le réseau allemand est plus largement souterrain que celui de la France, ce qui constitue un investissement financier de départ plus important, et peut donc constituer un frein au développement, mais cela le rend plus fiable sur le long terme. De même de fortes disparités existent au niveau de la surveillance des réseaux de transport et de distribution puisque la France surveille ses réseaux afin d’établir des rapports de disponibilité qui peuvent contribuer à améliorer le développement futur. À l’inverse aucune donnée n’existe pour les réseaux allemands.
Il apparaît donc bien que les différents acteurs de l’industrie, et des réseaux électriques s’organisent différemment en fonction des localités (pays, régions, etc.), ce qui conduit à des disparités dans la structure, la gestion, et le développement des réseaux de transport et de distribution électrique..
Au niveau international (Europe) Une fois les réseaux nationaux établis, la volonté de plusieurs pays européens de mettre en commun leur réseau électrique a permis le développement de réseaux au niveau international.
En effet, l’interconnexion de plusieurs pays a un but économique, stratégique mais également politique en unifiant les pays membres.
Ainsi, après la Seconde Guerre mondiale a débuté le développement de lignes haute-tension triphasées transfrontalières, et la création d’un réseau synchrone entre plusieurs pays. Ce développement s’est fait en s’inspirant du modèle américain déjà en place.