L’importance de l’électricité
La plupart d’entre nous ne se rendent pas compte de l’importance que l’électricité a dans nos vies, à moins d’avoir subi une coupure de courant pendant quelques heures et d’avoir découvert que nous ne pouvons plus faire 90 % des choses auxquelles nous sommes habitués. Des gestes du quotidien comme allumer la lumière, charger son téléphone portable ou garder les aliments au frais dans le réfrigérateur ne sont possibles que grâce au système électrique, qui amène l’électricité dans chaque foyer. Tu pourrais te dire que c’est de la magie et que c’est pour ça que tu n’as pas besoin d’aller au supermarché tous les jours, mais la réalité est bien plus complexe (alerte spoiler). Si tu veux en savoir un peu plus sur ce sujet passionnant, je t’invite à continuer ta lecture.
Sommaire
Systèmes de production traditionnels à base d’énergies fossiles vs systèmes renouvelables
Systèmes basés sur la rotation mécanique d’un alternateur vs énergie photovoltaïque
Systèmes de production conventionnels
Systèmes d’énergies renouvelables
Parties du système électrique
Le système électrique se divise en trois parties bien distinctes : les systèmes de production, les consommateurs et le réseau de distribution, qui transporte l’électricité des systèmes de production jusqu’aux consommateurs, et qui est la partie la plus difficile à expliquer. Dans ce post, nous allons nous concentrer sur le premier élément : les systèmes de production.
Types de production d’électricité
Il existe plusieurs façons de classer les différents types de production d’électricité :
Systèmes de production traditionnels à base d’énergies fossiles vs. systèmes renouvelables
Tu connais probablement déjà cette première distinction. En gros, les systèmes qui te viennent à l’esprit quand on parle de produire de l’énergie à partir de gaz, de pétrole, de charbon ou d’uranium (composant nécessaire aux centrales nucléaires) sont les systèmes traditionnels ; cela vient du fait que nous les utilisons depuis très longtemps. Comme tu le sais sûrement, l’utilisation de ces sources d’énergie a des effets polluants nocifs pour l’environnement, principalement l’émission de quantités énormes de CO₂ dans l’atmosphère.
Comme principale alternative aux systèmes de production d’énergie traditionnels, on trouve les systèmes renouvelables, qui se caractérisent par l’utilisation de ressources naturelles pour produire de l’énergie de manière durable et respectueuse de l’environnement. Des centrales hydroélectriques qui utilisent l’eau comme élément principal, des éoliennes entraînées par le vent ou des panneaux photovoltaïques qui captent l’énergie du soleil sont autant d’exemples de systèmes de production d’énergie renouvelable.
Systèmes basés sur la rotation mécanique d’un alternateur vs. énergie photovoltaïque
Comment fonctionnent les sources d’énergie traditionnelles ?
La plupart des systèmes conventionnels ainsi que les éoliennes et les centrales hydroélectriques (énergies renouvelables) fondent leur production d’énergie sur la rotation mécanique de l’arbre d’un générateur. Comme le but de cet article n’est pas de te faire éteindre ton ordinateur pour aller te noyer dans l’alcool, disons simplement que la chaleur produite par la combustion du gaz ou du pétrole, ou le mouvement des pales d’une éolienne, génère un mouvement qui, grâce à l’électromagnétisme, finit par produire du courant électrique.
Comment fonctionne un panneau solaire ?
L’énergie photovoltaïque, en revanche, n’a pas besoin du mouvement rotatif d’un générateur : elle produit du courant électrique lorsque certains matériaux (des semi-conducteurs comme le silicium cristallin ou l’arséniure de gallium) sont exposés à une source de lumière (effet photoélectrique). L’énergie photovoltaïque est capable de convertir la lumière du soleil (les photons) en énergie électrique.
Dans l’ensemble, c’est la catégorisation que l’on peut appliquer à chaque système de production d’électricité. Voyons maintenant un peu plus en détail chacun de ces systèmes en utilisant la première classification : systèmes conventionnels vs. systèmes renouvelables.
Systèmes de production conventionnels
Parmi les principaux types de centrales électriques conventionnelles, on trouve :
1) Centrales thermoélectriques ou thermiques : elles transforment l’énergie chimique des combustibles fossiles (la chaleur) en énergie électrique. Leur fonctionnement est très similaire, quelle que soit la source d’énergie utilisée.
1.1) Centrales conventionnelles : l’énergie est obtenue en brûlant des matières premières fossiles et non renouvelables comme le charbon, le gaz naturel, le pétrole ou le fioul.
1.2) Centrales à cycle combiné : similaires aux centrales conventionnelles, mais elles n’utilisent que du gaz naturel. Leur fonctionnement est plus complexe, car elles disposent de deux turbines distinctes : une turbine à gaz et une turbine à vapeur qui travaillent ensemble. Elles ont un meilleur rendement.
1.3) Centrales nucléaires : elles produisent de l’électricité à partir de l’énergie thermique générée par des réactions de fission (division de noyaux atomiques) dans la cuve d’un réacteur nucléaire. L’élément clé d’une centrale nucléaire est le réacteur, où se trouve le combustible nucléaire et où se produisent les réactions nucléaires en chaîne qui libèrent l’énergie thermique. Comme dans les centrales mentionnées précédemment, la chaleur sert à chauffer de l’eau jusqu’à ce qu’elle se transforme en vapeur à haute pression et à haute température. Cette vapeur fait tourner une turbine reliée à un alternateur, qui transforme l’énergie mécanique de la rotation de la turbine en énergie électrique, prête à être utilisée dans l’industrie ou à la maison.
Systèmes d’énergies renouvelables
En ce qui concerne les systèmes renouvelables, on dispose des suivants :
Comment fonctionne l’énergie hydroélectrique ?
1) Énergie hydroélectrique : les centrales hydroélectriques utilisent une turbine pour convertir en électricité l’énergie de l’eau qui tombe d’une certaine hauteur. L’eau est conduite à l’intérieur de la turbine pour frapper les pales situées sur le bord d’un arbre qui entraîne un générateur électrique. La puissance dépend de la hauteur de chute de l’eau entrante. Il s’agit de l’une des sources d’énergie les moins coûteuses et ses émissions sont très faibles, principalement liées au ciment et à l’acier utilisés pour la construction des ouvrages.
Comment fonctionne une éolienne ?
2) Énergie éolienne : comme nous l’avons déjà mentionné, une éolienne moderne typique possède trois pales montées sur un arbre horizontal, chacune d’environ 60 mètres de long, qui entraînent un générateur électrique. L’énergie éolienne ne génère pratiquement pas de réchauffement climatique ni de pollution ; elle n’est associée qu’à une petite quantité d’émissions de CO₂ dues aux combustibles fossiles utilisés pour la construction et l’exploitation des parcs éoliens.
Comment fonctionne l’énergie photovoltaïque ?
3) Énergie photovoltaïque : sa principale source d’énergie est la lumière du soleil que nous recevons chaque jour. Le silicium est le principal matériau utilisé dans les panneaux solaires ; le reste est composé d’autres matériaux photovoltaïques, comme l’arséniure de gallium et le tellurure de cadmium.
L’énergie solaire photovoltaïque déjà installée ne génère ni pollution ni gaz à effet de serre et offre un moyen sûr de produire de l’électricité. Elle ne comporte pas de pièces mobiles, ce qui réduit la maintenance, et elle ne génère pas de pollution sonore et ne nécessite pas d’eau (sauf une petite quantité pour le nettoyage des panneaux). Sa fabrication fait appel à certains matériaux dangereux, mais en faibles quantités, ainsi qu’à de l’énergie issue de combustibles fossiles ; toutefois, comme les panneaux ont une durée de vie de trente ans ou plus, l’empreinte carbone de l’électricité produite ne représente qu’environ 10 % de celle des centrales électriques à turbine à gaz.
Quelles sont les sources d’énergie alternatives ?
4) Biomasse : par biomasse, on entend toute matière organique pouvant être utilisée comme source d’énergie. Elle peut être d’origine animale ou végétale et peut être obtenue naturellement ou par des transformations chimiques réalisées dans des centrales à biomasse. On peut classer la biomasse en trois catégories : naturelle (produite sans intervention humaine), résiduelle (d’origine humaine) et cultivée (cultures énergétiques où l’on fait pousser des espèces spécifiques pour leur usage énergétique).
5) Solaire thermique : l’énergie solaire thermique, ou énergie thermosolaire, est un type d’énergie renouvelable qui utilise l’énergie du soleil pour produire de l’énergie thermique ou électrique. Contrairement aux panneaux photovoltaïques qui produisent de l’électricité à partir des photons de la lumière, le solaire thermique utilise le rayonnement pour chauffer un fluide. Ce fluide chaud peut ensuite être utilisé pour le chauffage, l’eau chaude sanitaire ou d’autres procédés nécessitant de la chaleur.
En plus des systèmes renouvelables mentionnés ci-dessus, il convient de souligner d’autres sources renouvelables dont la contribution peut être plus modeste par rapport à l’éolien ou au photovoltaïque, mais qui, à petite échelle ou dans certaines zones géographiques, peuvent gagner en importance :
6) Énergie marémotrice : énergie des marées.
7) Énergie houlomotrice : énergie de la force des vagues.
8) Énergie géothermique : chaleur interne de la Terre (limitée aux régions du monde avec une forte activité géologique).
Pour vous faciliter un peu les choses, nous avons inclus un résumé visuel des principales sources de production d’électricité dont nous avons parlé :
Bon, voilà, tu es arrivé·e au bout de ce post. Félicitations ! Nous espérons que vous avez apprécié cet article sur les différents types de sources de production d’électricité. Dans les prochains chapitres, nous continuerons à analyser comment tu peux charger ton téléphone portable ou allumer ton ordinateur grâce au système électrique.