Fiche de révision : Conversion et transport de l’énergie électrique

📋 Plan du Cours

1. Produire l’électricité par conversion
2. Conversions radiative et chimique
3. Stocker l’énergie électrique
4. Rendement et pertes de conversion
5. Transport et distribution électrique
6. Pertes par effet Joule

📖 1. Produire l’électricité par conversion

★ À maîtriser

• Dans une éolienne, une hydrolienne ou un barrage hydroélectrique, un fluide fait tourner une turbine reliée à un alternateur, qui convertit l’énergie mécanique en énergie électrique. Une dynamo convertit également l’énergie mécanique en énergie électrique, mais ne nécessite ni fluide ni turbine.

Compléments

• Dans une éolienne, le vent fait tourner les pales, qui transmettent leur énergie mécanique à une turbine reliée à un alternateur.

• 🔄 Dans un barrage hydroélectrique :

  1. L’eau stockée en hauteur possède une énergie potentielle.
  2. L’ouverture des vannes fait passer l’eau dans une conduite forcée, où elle prend de la vitesse.
  3. L’eau entraîne une turbine reliée à un alternateur.

• Lors de la conversion mécanique, une partie de l’énergie est dissipée sous forme de chaleur à cause des frottements et de l’échauffement.

💡 Astuce mémo

Fluide → turbine → alternateur → réseau

📖 2. Conversions radiative et chimique

★ À maîtriser

• Dans les cellules photovoltaïques, l’énergie radiative reçue du Soleil est convertie en énergie électrique.

• Dans une pile ou un accumulateur électrochimique, l’énergie électrique est produite à partir de l’énergie chimique stockée dans les réactifs.

• Dans une pile, l’oxydation à l’anode libère des électrons, qui circulent dans les fils conducteurs extérieurs, tandis que la réduction à la cathode les capte.

Compléments

• Le déplacement des électrons dans le circuit extérieur permet d’alimenter un appareil, de faire briller une ampoule ou de faire tourner un moteur.

💡 Astuce mémo

Le photovoltaïque reçoit le rayonnement ; la pile puise dans ses réactifs chimiques.

📖 3. Stocker l’énergie électrique

★ À maîtriser

• Le stockage est nécessaire parce que certaines productions électriques sans combustion sont intermittentes et que la consommation varie selon l’heure et la saison.

📌 Les accumulateurs électrochimiques stockent l’énergie électrique sous forme chimique de manière réversible.

• Un supercondensateur stocke l’énergie électrostatique par accumulation d’ions sur ses électrodes pendant la charge ; lors de la décharge, les ions se déplacent et créent un courant électrique.

Compléments

• L’énergie stockée dans un supercondensateur est rapidement disponible et sert notamment à recharger de grosses batteries, comme celles des bus électriques.

• Une STEP convertit l’énergie électrique en énergie potentielle.

📖 4. Rendement et pertes de conversion

★ À maîtriser

• Chaque étape de conversion et de transport de l’énergie est caractérisée par un rendement et s’accompagne de pertes d’énergie.

📐 Formule - Le rendement global d’une chaîne de conversions et de transport est le produit des rendements de chaque étape : $\eta_{\mathrm{global}}=\prod_i\eta_i$.

Compléments

📌 Le choix d’un système de production ou de stockage doit prendre en compte ses avantages et ses inconvénients, notamment son rendement et ses impacts environnementaux.

📖 5. Transport et distribution électrique

★ À maîtriser

• Le réseau électrique transporte l’électricité des sites de production aux sites de consommation par des lignes aériennes, des câbles souterrains et des postes de transformation.

• En Europe, un transformateur élève la tension jusqu’à 225 kV ou 400 kV pour le transport à très haute tension, puis des postes l’abaissent progressivement de 225 kV à 63 kV puis à 20 kV avant la distribution.

• Un transformateur de quartier abaisse la tension à 230 V en monophasé ou à 400 V en triphasé pour alimenter les foyers et les petites entreprises.

Compléments

• La tension à la sortie des sites de production est généralement de quelques dizaines de kilovolts.

• En France, RTE (Réseau Transport Electricité) est cité comme opérateur du réseau de transport à très haute tension.

• Les smart grids permettent de surveiller et d’ajuster en temps réel la production, le transport et la consommation d’électricité.

📖 6. Pertes par effet Joule

★ À maîtriser

📐 Formule - La puissance dissipée par effet Joule dans un câble vérifie $P_J=U\times I=R\times I^2$, où $R$ est la résistance du câble, $I$ l’intensité du courant et $U$ la tension.

📐 Formule - L’énergie électrique transportée pendant une durée $\Delta t$ est $E=P\times\Delta t$.

📌 Pour réduire les pertes par effet Joule, il faut diminuer l’intensité du courant dans les lignes ; à puissance délivrée constante, cette diminution s’accompagne d’une augmentation de la tension.

Compléments

📌 Les pertes par effet Joule dépendent de la résistance du câble et de l’intensité du courant qui le parcourt.

💡 Astuce mémo

À puissance constante, intensité réduite → tension plus élevée → pertes Joule limitées.