Sciences · Énergie et technologies
La production d’électricité
Presque toute l’électricité est produite par un alternateur : un aimant tourne dans des bobines de cuivre et y crée un courant. Seul le photovoltaïque fonctionne sans pièce mobile.
Mis à jour le 3 min de lecture
L’électricité n’est pas une source d’énergie mais un vecteur : on la produit à partir d’une énergie primaire (combustible, uranium, eau, vent, rayonnement solaire), puis on la transporte et on la consomme presque instantanément. Comprendre comment elle est produite permet de comparer les sources sur leur coût, leurs émissions et leur fiabilité.
Le principe de l’alternateur
En 1831, Michael Faraday découvre l'induction électromagnétique : lorsqu’un champ magnétique varie à travers une bobine de fil conducteur, un courant y apparaît (voir découverte de l’électricité et magnétisme). Un alternateur applique ce principe : un rotor portant des électroaimants tourne à l’intérieur d’un stator garni de bobines. Le courant produit change de sens à chaque demi-tour : c’est un courant alternatif.
En Europe, le réseau fonctionne à 50 hertz : le courant change de sens 100 fois par seconde. Un alternateur à deux pôles de centrale thermique tourne donc à 3 000 tours par minute. L’Amérique du Nord utilise 60 Hz.
Ce qui fait tourner l’alternateur
| Famille | Source de mouvement | Exemples |
|---|---|---|
| centrales thermiques à flamme | vapeur produite en brûlant un combustible | charbon, fioul, biomasse, déchets |
| centrales à gaz | gaz de combustion, puis vapeur (cycle combiné) | gaz naturel |
| centrales nucléaires | vapeur produite par la fission | uranium |
| géothermie | vapeur du sous-sol | zones volcaniques |
| hydroélectricité | eau qui descend | barrages, fil de l’eau |
| éolien | vent | éoliennes terrestres et en mer |
Deux techniques se passent d’alternateur : le photovoltaïque, qui convertit directement la lumière en courant continu, et la pile à combustible, qui produit de l’électricité par réaction chimique (voir hydrogène).
Comparer les sources
| Source | Rendement de conversion | Facteur de charge typique | Émissions (cycle de vie, g CO₂/kWh) | Pilotable ? |
|---|---|---|---|---|
| charbon | 33 à 45 % | 40 à 80 % | environ 820 | oui |
| gaz (cycle combiné) | jusqu’à environ 60 % | 30 à 60 % | environ 490 | oui, rapide |
| nucléaire | environ 33 % | 70 à 90 % | environ 12 | oui, plus lentement |
| hydraulique de lac | 85 à 90 % | 30 à 50 % | environ 24 | oui, très rapide |
| éolien terrestre | 45 à 50 % du vent capté | 20 à 30 % | environ 11 | non |
| photovoltaïque | 20 à 23 % | 10 à 25 % | environ 40 | non |
Le rendement n’a pas le même sens partout : pour une centrale thermique, il compare l’électricité produite à la chaleur dégagée, le reste étant perdu ; pour l’éolien et le solaire, la ressource est gratuite et inépuisable, si bien que le rendement compte surtout pour la surface nécessaire.
Le mix électrique mondial
| Source | Part approximative de l’électricité mondiale (milieu des années 2020) |
|---|---|
| charbon | environ 35 % |
| gaz | environ 22 % |
| hydraulique | environ 14 % |
| nucléaire | environ 9 % |
| éolien | environ 8 % |
| solaire | environ 6-7 % |
| autres (biomasse, fioul, géothermie) | environ 6 % |
Les énergies bas carbone (nucléaire et renouvelables) fournissent environ 40 % de l’électricité mondiale, une part qui augmente surtout grâce au solaire et à l’éolien. La production mondiale est d’environ 30 000 TWh par an. En France, la production est dominée par le nucléaire (voir mix énergétique de la France).
Pilotable ou variable
Le réseau électrique doit équilibrer à chaque instant production et consommation. Les centrales pilotables (nucléaire, gaz, hydraulique, biomasse) produisent à la demande ; les sources variables (vent, soleil) dépendent de la météo. Plus leur part augmente, plus il faut de flexibilité : stockage, interconnexions, pilotage de la consommation et centrales d’appoint.
Questions fréquentes
Comment produit-on de l’électricité simplement ?
En faisant tourner un aimant près d’une bobine de fil de cuivre : c’est le principe de la dynamo de vélo comme de l’alternateur de centrale. La turbine qui fait tourner l’aimant est entraînée par de la vapeur, de l’eau ou le vent.
Pourquoi utilise-t-on le courant alternatif ?
Parce qu’un transformateur peut facilement en élever ou en abaisser la tension. On le transporte ainsi à très haute tension, avec peu de pertes, avant de l’abaisser pour les usagers.
Quelle source produit l’électricité la moins chère ?
Pour une nouvelle installation, les grandes centrales solaires et éoliennes terrestres ont aujourd’hui les coûts de production parmi les plus bas. Mais le coût total du système doit aussi inclure le stockage, le réseau et les moyens de secours qu’exige leur variabilité.