PRODUCTION D'ÉLECTRICITÉ



  1. Définition
  2. La matière ordinaire est constituée d'atomes contenant autant d'électrons qui portent une charge élémentaire négative que de protons qui portent une charge élémentaire positive, donc elle est électriquement neutre. Cependant, un déficit d'électrons dans un tel atome se traduit par une charge électrique positive et un surplus, par une charge électrique négative.

    L'électricité, une forme d'énergie, est produite par un flux d'électrons. Le déplacement de ces derniers produit une charge électrique qui peut fournir de l'énergie. Cette quantité d'énergie peut être énorme comme dans un éclair ou très faible comme dans une ampoule. Elle est aussi facile à transporter et à convertir en une autre forme d'énergie.

    Le magnétisme constitue le seul moyen pratique de produire de grandes quantités d'électricité à un prix abordable. On y a recours afin de produire plus de 99% de l'énergie électrique consommée dans le monde.

    Le principe du magnétisme est simple à comprendre. Un courant électrique apparaît dans un conducteur lorsqu'on le déplace à travers des lignes de force d'un champ magnétique. Au lieu d'utiliser un simple fil droit, on prend une boucle de fil et on la fait tourner dans le champ magnétique. Chaque côté de la boucle traversera les lignes de force deux fois par tour: une fois dans un sens et une fois dans le sens opposé. C'est ce qui arrive aux électrons créant ainsi un courant alternatif dont le nombre de cycles par seconde dépend de la vitesse de rotation de la boucle. Pour ce qui est du courant continu, il suffit d'avoir les installations adéquates.

    Il est bon de savoir que la production mondiale d'électricité s'élève à 11 427 000 millions de kWh (kiloWattheures) et que les États-Unis sont le premier producteur d'électricité avec 26,1% de la production mondiale.

  3. Les types de centrales
  4. Il existe plusieurs moyens de produire l'électricité. Cependant, nous allons nous contenter de décrire les trois principales centrales de production.

    1. Les centrales hydro-électriques
    2. Une centrale hydro-électrique convertit l'énergie de l'eau en mouvement en énergie électrique. L'énergie qui provient de la chute d'une masse d'eau est transformée dans une turbine hydraulique en énergie mécanique. Cette turbine entraîne un alternateur dans lequel l'énergie mécanique est transformée en énergie électrique.

      Selon la hauteur de la chute, on a trois sortes de centrales hydrauliques:

      1. Les centrales de haute chute
      2. C'est pour des hauteurs de chute supérieures à 300m. Elles se trouvent dans les régions montagneuses . La capacité du réservoir est faible.

      3. Les centrales de moyenne chute
      4. C'est pour des hauteurs de chute comprises entre 30 et 300m. Ces centrales sont alimentées par l'eau retenue derrière un barrage construit dans le lit d'une rivière de région montagneuse. Elles comportent un réservoir de grande capacité.

      5. Les centrales de basse chute ou au fil de l'eau
      6. C'est pour des hauteurs de chute inférieures à 30m. Ces centrales sont établies sur les fleuves ou sur les rivières à fort débit.

        Note:

        Il existe une autre sorte de centrale hydraulique qui est la centrale à réserve pompée. Elle est située au pied de la chute entre le réservoir supérieur et le réservoir inférieur. Dans sa phase productive, elle fonctionne comme une centrale hydro-électrique classique en utilisant l'énergie de l'eau (énergie potentielle) qui s'écoule du réservoir supérieur vers le réservoir inférieur.

        Dans sa phase de pompage, pendant les heures de faibles demandes en électricité, elle pompe vers le réservoir supérieur de l'eau qu'elle puise dans le réservoir inférieur.

    3. Les centrales nucléaires
    4. Une centrale nucléaire produit de l'électricité de la même façon que dans les autres types de centrales. On obtient de l'électricité d'un alternateur entraîné dans un mouvement rotatif par une turbine, laquelle capte l'énergie d'un fluide en mouvement. En l'occurence, le fluide est un gaz poussé par une source de chaleur. L'originalité de ce type de centrales est qu'elle a recours à la fission de l'atome comme source de chaleur. C'est sur ce principe qu'on se base pour faire une bombe atomique. La source énergétique dans les réacteurs est l'uranium qui est le seul élément chimique présentant des noyaux fissibles à l'état naturel.

      Parmi les réacteurs nucléaires, nous retrouvons: celui à neutrons modérés, celui à neutrons rapides, à eau pressurisée (à eau légère ou à eau lourde), à eau bouillante, à gaz à haute température et le réacteur surgénérateur.

      Il y a aussi la production par fusion thermonucléaire qui fait appel non à la fission des noyaux lourds, mais à la fusion des noyaux légers. C'est sur ce principe qu'on se base pour créer la bombe H (la bombe à hydrogène). Tout ce qu'on peut ajouter, c'est que cette sorte de production représente une source d'énergie quasi inépuisable, mais on rencontre certains problèmes quant au contrôle de la réaction de fusion.

    5. Les centrales thermiques
    6. Le principe des centrales thermiques à vapeur est des plus simples: on fait bouillir de l'eau pour obtenir de la vapeur et l'on dirige cette vapeur sur une turbine qui reporte sur un alternateur les poussées qu'elle reçoit. Dans une centrale thermique classique, c'est une chaudière à mazout, à gaz ou à charbon qui sert à faire bouillir l'eau. Cette sorte de centrales se trouve souvent près d'une rivière ou d'un lac parce que d'énormes quantités d'eau sont requises afin de refroidir et de condenser la vapeur surtout celle des turbines. Les centrales thermiques se ressemblent beaucoup et la plupart fonctionnent à une température de 550 degrés C et à une pression de 16,5 MPa (MégaPascal). Leur rendement global est de 40%.

  5. Autres moyens de production d'électricité
  6. Les autres moyens de production d'électricité sont les suivants: les turbo-alternateurs, les turbines à gaz, les groupes électrogènes Diesel, les cellules photoélectriques (l'énergie solaire), les éoliennes, les centrales marémotrices et les génératrices magnétohydrodynamiques.


Note: Pour ce travail, nous nous sommes référés au livre Électrotechnique de Théodore Wildi et à certains articles.