★ À maîtriser
🔄 La chaîne de l’électricité comprend :
Les niveaux indiqués pour le réseau français sont 400 kV en THT, 63, 90 ou 225 kV en alimentation régionale HT, 15 ou 20 kV en distribution MT et 400 V en distribution BT.
Compléments
En France, EDF produit l’électricité, RTE assure le transport et ENEDIS distribue 95 % de l’électricité, tandis qu’environ 160 entreprises locales de distribution en assurent 5 %.
Les sources de production électrique citées sont :
Les éléments du réseau de transport comprennent les lignes aériennes, les pylônes, les isolateurs, les lignes souterraines et les postes équipés notamment de transformateurs, de disjoncteurs et de sectionneurs.
Production → transport THT → répartition HT → distribution MT/BT → consommation
★ À maîtriser
📌 En fonctionnement normal, la fréquence et la tension doivent rester stables en tous points du réseau, et leur réglage est assuré surtout automatiquement par les unités de production.
📌 Si la demande supplémentaire ΔP dépasse la réserve tournante ΔPt, il faut mobiliser un groupe de secours ou délester des consommateurs non prioritaires.
📌 Un surplus de puissance générée augmente la vitesse de rotation et la fréquence, tandis qu’un déficit les diminue.
La puissance réactive circulant dans les lignes augmente les pertes Joule et la différence de tension entre leurs extrémités ; contrôler la tension en certains points permet de minimiser les pertes et d’améliorer la qualité de l’électricité.
La tension peut être contrôlée par :
Compléments
Les aspects pouvant affecter le fonctionnement normal sont :
La rapidité de variation de la fréquence dépend de l’importance du déséquilibre de puissance et de l’inertie totale des parties tournantes des alternateurs.
Les alternateurs synchronisés fournissent la puissance demandée par les charges ainsi que les pertes de transmission, notamment les pertes Joule, les décharges dans les lignes HT et les pertes fer des générateurs et transformateurs.
★ À maîtriser
📌 Les lignes doivent rester sous leurs limites thermiques et de stabilité, et les tensions de certains nœuds doivent être maintenues avec peu de tolérance par une programmation de puissance réactive.
Compléments
L’analyse du transit doit tenir les engagements contractuels d’échange via les interconnexions, minimiser les effets d’une coupure après défaut et contribuer à la planification de nouveaux réseaux.
🔄 Le calcul de transit suit les étapes suivantes : définir un modèle mathématique des relations tensions-puissances, spécifier les contraintes de tension et de puissance à chaque nœud, calculer les tensions de tous les nœuds, déduire les transits dans toutes les lignes
★ À maîtriser
📌 Dans un réacteur à eau bouillante (REB), l’eau du cœur est partiellement vaporisée à 70–80 bars et la vapeur de turbine est en contact avec le combustible ; dans un réacteur à eau pressurisée (REP), l’eau est maintenue liquide à 155–160 bars et la vapeur de turbine n’est pas en contact avec le combustible.
Compléments
À masse égale, la fusion pourrait théoriquement produire trois à quatre fois plus d’énergie que la fission, et ITER est un projet de réacteur expérimental en France.
Les deux tiers des réacteurs de production fonctionnent à eau pressurisée.
Fission : division d’un noyau lourd ; fusion : assemblage de noyaux légers
★ À maîtriser
📐 Formule - La puissance hydraulique produite vérifie , avec P en kW, r le rendement, g la gravité, Q le débit en m³/s et H la hauteur de chute en mètres.
Les types de centrales hydrauliques se distinguent ainsi :
L’hydraulique peut mobiliser 9 000 MW en quelques minutes, contre 7 à 11 heures pour une centrale thermique et environ 40 heures pour un réacteur nucléaire, de l’arrêt à la pleine puissance.
Compléments
Le rendement r d’une centrale hydraulique est compris entre 0,6 et 0,9.
Pour un débit de 10 m³/s, une hauteur de chute de 100 m et un rendement de 0,85, la puissance hydraulique est d’environ 8 330 kW.
Les STEP ne sont pas considérées comme renouvelables car elles consomment de l’énergie pour le pompage, mais elles sont importantes pour développer les énergies renouvelables intermittentes.
La France compte 11 STEP totalisant 5 000 MW.
Les turbines Pelton fonctionnent pour des chutes de 100 à 1 800 m et un faible débit, les Francis pour 40 à 600 m et un débit moyen, et les Kaplan pour 5 à 55 m et un débit important.
📌 Une turbine à action transforme la pression hydraulique en énergie cinétique dans un injecteur statique avant la partie mobile, tandis qu’une turbine à réaction crée une différence de pression entre l’entrée et la sortie de la partie mobile.
Les centrales au fil de l’eau n’ont pas de retenue et produisent en temps réel, tandis que les centrales éclusées régulent leur production à l’échelle journalière ou hebdomadaire et reconstituent leur stock aux heures creuses.
La petite hydraulique, définie par une puissance inférieure à 10 MW, comprend environ 1 700 centrales produisant 7 TWh par an, près de 10 % de la production hydraulique.
Haute chute → Pelton ; moyenne chute → Francis ; basse chute → Kaplan
★ À maîtriser
📌 Un barrage-poids résiste à la poussée de l’eau par sa propre masse, un barrage-voûte reporte la poussée sur des rives rocheuses et un barrage à contreforts reporte la poussée sur des fondations et des rives par un mur plat ou multivoûtes appuyé sur des contreforts.
Compléments
📌 Le choix du type de barrage dépend d’abord de la géologie du site : le barrage-poids requiert une bonne fondation rocheuse, le barrage-voûte une roche de très bonne qualité et une vallée étroite, et le barrage à contreforts convient notamment lorsque les appuis sont trop distants ou qu’un matériau local compact est disponible.
📌 Dans une turbine à action, la détente de la vapeur a lieu uniquement dans les aubages fixes, tandis que dans une turbine à réaction elle est répartie entre les aubages fixes et mobiles.
Les limites pratiques des installations à vapeur sont une température de 550 °C, pouvant atteindre au maximum 650 °C, et une pression de l’ordre de 180 bars, pouvant atteindre 250 bars.
La turbine à vapeur de Flamanville 3 a une puissance de 1 750 MW.
★ À maîtriser
🔄 Le fonctionnement suit les étapes suivantes : le compresseur comprime l’air, le combustible est injecté dans la chambre de combustion, les gaz chauds se détendent dans la turbine, l’arbre entraîne le compresseur et l’alternateur
Une turbine à gaz seule a un rendement de 25 à 35 %, car une partie de l’énergie entraîne le compresseur et une autre est perdue dans les gaz d’échappement.
La chaleur des gaz d’échappement, supérieure à 500 °C, peut être récupérée pour produire de la vapeur et porter le rendement global à plus de 50 %.
Compléments
📌 Dans un cycle combiné, une turbine à vapeur complète la turbine à gaz et le rendement atteint 55 %, voire 60 %, tandis qu’en cogénération la vapeur sert au chauffage ou à un autre usage.
La turbine à gaz permet une mise en œuvre rapide et une modulation facile de la production selon la consommation.
Les puissances d’alternateurs citées sont de 40 à 150 MW pour une centrale thermique à charbon, de 150 à 400 MW puis 300 à 530 MW pour des centrales au charbon ou au pétrole, de 400 à 1 400 MW pour des alternateurs à deux pôles associés au charbon, au pétrole ou au nucléaire, et de 900 à 2 000 MW pour des alternateurs nucléaires à quatre pôles.
📐 Formule - La vitesse de rotation synchrone vérifie , où p est le nombre de paires de pôles.
À 50 Hz, un alternateur à deux pôles tourne à 3 000 tr/min et un alternateur à quatre pôles à 1 500 tr/min.
L’exemple de Xiangjiaba associe des turbines Francis de 800 MW et une puissance totale de 6 400 MW, avec une vitesse synchrone de 71,4 tr/min.
Récupérer les gaz d’échappement chauds → produire de la vapeur → augmenter le rendement
★ À maîtriser
📌 La boucle de tension règle la tension aux bornes du générateur par le régulateur et l’excitatrice, qui agissent sur le courant d’excitation, tandis que la boucle de fréquence règle la fréquence ou la vitesse par le gouverneur et les vannes, qui agissent sur le couple d’entraînement de la turbine.
Compléments
La chaîne de la boucle de tension comprend :
Une excitatrice tournante sans balais utilise une génératrice triphasée inversée, dont l’induit est au rotor et l’inducteur au stator ; un pont de diodes tournant redresse sa tension et alimente directement l’excitation de l’alternateur, supprimant bagues et balais.
La boucle de fréquence détecte les changements de vitesse et les compense par un contrôle proportionnel du gouverneur sur la commande des vannes, avec plusieurs étages d’amplification hydraulique pour maîtriser les forces mécaniques.
📌 La boucle de fréquence est inadaptée aux variations trop fortes, qui peuvent nécessiter une mesure d’urgence comme le délestage de charge.
★ À maîtriser
Compléments
L’huile minérale d’un transformateur isole électriquement les enroulements et contribue au refroidissement, par circulation naturelle ou forcée.
Le rendement d’un transformateur est d’environ 99,5 %.
📌 Les classes de transformateurs sont la faible puissance pour S < 2 500 kVA, la moyenne puissance pour 2 500 kVA < S < 100 MVA et la grande puissance pour S > 100 MVA.
Un transformateur comprend notamment :
Le changeur de prises fait varier le rapport de transformation pour régler la tension du réseau ; ses arcs de commutation peuvent décomposer l’huile et dégrader ses propriétés diélectriques.
Le conservateur est un réservoir d’huile placé au-dessus du transformateur, où est stockée l’huile qui se dilate avec la température et la charge.
Un transformateur élévateur est couplé en triangle côté générateur basse tension et en étoile côté ligne haute tension.
L’isolement galvanique d’un transformateur élévateur empêche les surtensions de foudre éprouvant son isolement de se transmettre à l’alternateur, et l’isolement des enroulements d’un transformateur coûte moins cher et est plus facile que celui d’un alternateur.
Un transformateur déphaseur (PST) ajoute un déphasage entre les tensions aux extrémités d’une ligne afin de contrôler les flux de puissance ; le cours indique qu’il peut transmettre la même puissance active avec un angle δ moindre.
Un transformateur convertisseur HVDC adapte le triphasé au niveau requis par le convertisseur à courant continu, utilisé pour transporter économiquement de grandes puissances sur de longues distances et relier des réseaux de fréquences différentes.
Les réactances en dérivation améliorent la stabilité des lignes longues et peu chargées, limitent les surtensions passagères et réduisent les pertes en diminuant le courant capacitif.
Les réactances en série limitent les courants de court-circuit à des niveaux choisis.
Un transformateur élévateur cité en exemple a une puissance de 750 MVA et transforme 21 kV en 425 kV.
Les réactances de lissage HVDC réduisent les courants harmoniques et les sauts de courant, compensent les variations de tension au pont à 12 pulsations et réduisent le courant de court-circuit côté continu.
★ À maîtriser
📌 Le disjoncteur peut établir, supporter et interrompre les courants en service normal et en défaut, y compris un courant de court-circuit, tandis que le sectionneur isole un circuit de son alimentation pour assurer la sécurité des personnes ou isoler une partie défaillante.
Compléments
La topologie d’un poste électrique dépend du niveau de sécurité d’exploitation et du degré de souplesse recherché.
Les principaux composants et équipements d’un poste comprennent : des jeux de barres, des disjoncteurs et sectionneurs, des transformateurs à réglage en charge et des batteries de condensateurs, des transformateurs de tension et de courant, des services auxiliaires basse tension alternatifs et continus, des automatismes, des dispositifs de télécommande, télésignalisation et télémesure
Le câble de garde protège les conducteurs contre la foudre et peut contenir une fibre optique pour les communications de l’exploitant.
Le disjoncteur coupe le courant de défaut ; le sectionneur isole le circuit
★ À maîtriser
📌 Les lignes sont classées en BT sous 1 kV, MT de 1 à 33 kV, HT de 33 à 230 kV, THT de 230 à 800 kV et UHT au-dessus de 800 kV.
Compléments
📌 Les pylônes de ligne peuvent être des pylônes de fixation ou d’ancrage, de terminaison, ou comporter une transposition de phases, et ils peuvent être construits en bois, béton armé, tubes d’acier ou treillis d’acier avec des conducteurs à un, deux ou trois niveaux.
Réglages du réseau et des alternateurs
| Grandeur | Déséquilibre ou organe | Effet ou action |
|---|---|---|
| Fréquence | Puissance active | Variation de vitesse et de fréquence |
| Tension | Puissance réactive | Variation de tension et des pertes |
| Boucle de tension | Régulateur et excitatrice | Agit sur le courant d’excitation |
| Boucle de fréquence | Gouverneur et vannes | Agit sur le couple d’entraînement |
Teste tes connaissances sur Systèmes énergétiques électriques avec 11 questions à choix multiples et corrections détaillées.
1. Quel cheminement décrit le transfert de l’électricité depuis sa production jusqu’aux consommateurs ?
2. Dans la représentation d’un réseau électrique, que relient les branches ?
Mémorisez les concepts clés de Systèmes énergétiques électriques avec 10 flashcards interactives.
Quel est l’ordre des étapes suivies par l’électricité, de la production à la consommation ?
Production, élévation de tension, transport THT, abaissement de tension, répartition HT, distribution MT/BT, consommation.
Quels niveaux de tension caractérisent le réseau français, de la THT à la BT ?
400 kV en THT, 63, 90 ou 225 kV en HT régionale, 15 ou 20 kV en MT et 400 V en BT.
Quelles grandeurs doivent rester stables en fonctionnement normal du réseau électrique ?
La fréquence et la tension, en tous points du réseau.
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