Physique-Chimie au Collège

I – Production de l’énergie électrique.

1) Historique de la production d’électricité.

• 1800 : Volta invente la pile. Mais elle ne peut pas stocker de grosses quantités d’électricité.

La pile de Volta suscite un énorme intérêt dans le monde scientifique car le courant électrique est alors un phénomène nouveau et inattendu. Grâce à elle, les physiciens de l’époque peuvent entreprendre de nombreuses recherches sur les propriétés du courant électrique et sur la résistance électrique. Ces travaux sont à l’origine du transport d’électricité par câbles.

• 1820 : Oersted ( Danois ), remarque qu’une aiguille aimantée placée à côté d’un fil conducteur traversé par le courant est déviée.

D’une importance capitale, l’expérience d’Oersted établit pour la première fois un lien entre électricité et magnétisme. Elle ouvre la voie à de nombreuses inventions comme celle du télégraphe, qui révolutionnera un peu plus tard les moyens de communication.

• 1830 : Michael Faraday ( Anglais ), montre qu’un courant passe dans une bobine lorsqu’on y introduit un aimant.

L’histoire du début des applications de l’électricité est dominée par les découvertes du physicien anglais, Michael Faraday en 1830.En reliant les bornes d’une bobine à un galvanomètre (sorte d’ampèremètre), il observe le passage d’un courant dans la bobine, lorsqu’il introduit ou retire un aimant de cette bobine.

L’importance de cette découverte est extrême car elle rend possible la production de courant électrique sans avoir à utiliser de pile. L’énergie mécanique peut, dès lors, être directement convertie en énergie électrique. C’est ce que font, depuis, tous les alternateurs.

 2) L’alternateur.

L’alternateur ( bobine + aimant ) est la partie commune à toutes les centrales électriques.
L’alternateur produit une tension variable et alternative.

Un alternateur (centrale, voiture, dynamo…) est constitué d’une partie tournante appelée rotor (un ou plusieurs aimants) et d’une partie fixe appelée stator (bobine ou ensemble de bobines). Le rotor tourne à l’intérieur du stator.

La dynamo, une mini centrale électrique

Une dynamo de vélo est un alternateur constitué d’un galet qui tourne au contact de la roue en entraînant un aimant (rotor) à l’intérieur d’une bobine fixe (stator).

On branche une dynamo sur une lampe 3,5V et on fait tourner rapidement le galet de la dynamo.
Ensuite, on visualise la tension délivrée par la dynamo à l’aide d’un oscilloscope.

Observations :
La lampe brille et on observe à l’écran de l’oscilloscope une courbe prouvant que la tension délivrée par la dynamo (qui est un alternateur) est variable et alternative.

Conclusion :
Une dynamo, comme tous les alternateurs, transforme l’énergie mécanique en énergie électrique.

II – Les modes de production de l’énergie électrique.

L’alternateur est la partie commune à toutes les centrales électriques : l’énergie mécanique reçue par l’alternateur est convertie en partie en énergie électrique. Pour cela, l’alternateur est couplé à une turbine en rotation.
Les centrales électriques produisent de l’énergie électrique en utilisant une source d’énergie dite primaire.

1) La centrale électrique hydraulique.

· Source primaire : eau

2) L’éolienne.

· Source primaire : vent

3 ) Les centrales thermiques.

Dans les centrales thermiques à flamme (pétrole, gaz, charbon) et les centrales nucléaires, c’est de la vapeur d’eau sous pression, envoyée sur les pales de la turbine, qui fait tourner l’alternateur. Ces centrales ne diffèrent que par le dispositif qui produit la vapeur.

4) Sources d’énergies renouvelables.

Les énergies renouvelables proviennent de sources inépuisables (Soleil, vent, eau, géothermies, marées) ou renouvelables à l’échelle d’une vie (bois, plantes).

Le pétrole, le gaz, le charbon et l’uranium ne sont pas des énergies renouvelables car leurs réserves sont limitées et s’épuisent.

Grandes catégories d’énergies renouvelables :

• L’énergie hydraulique (centrales hydrauliques ou marémotrices);

L’usine marémotrice de la Rance

L’usine marémotrice produit à partir de la marée de l’électricité à l’échelle industrielle. Son principe de fonctionnement repose sur l’utilisation du dénivelé créé par l’amplitude des marées pour remplir son réservoir et produire de l’électricité.

L’hydrolienne est à l’eau ce que l’éolienne est à l’air. Son principe est simple : des hélices ou des turbines sont placées dans l’axe des courants des marées pour capter leur l’énergie. Cette énergie marine constitue une énergie sûre, inépuisable et complètement prévisible.

• L’énergie éolienne (énergie du vent);

• L’énergie solaire (énergie du rayonnement solaire convertie en chaleur ou en énergie électriques);

• L’énergie géothermique (on puise la chaleur dans le sol pour chauffer des habitations ou produire de l’électricité) ;

• L’énergie de la biomasse : c’est l’énergie que l’on peut extraire des végétaux comme le bois (centrale thermique) ou les plantes (carburant).

Remarque : Vous retrouverez de nombreuses explications supplémentaires sur le site d’EDF.