Ch. 5
Cours
Conversion et transport de l'énergie électrique
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1 Production et stockage de l'électricité
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A Méthodes de production
Trois types de dispositifs technologiques sont utilisés pour convertir certaines formes d'énergie en énergie électrique :
- les alternateurs (énergie mécanique en énergie électrique) ;
- les panneaux photovoltaïques (énergie lumineuse en énergie électrique) ;
- les accumulateurs (énergie chimique en énergie électrique).
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B Systèmes de stockage
L'électricité n'est pas une énergie pouvant être stockée : il est nécessaire de la convertir en d'autres formes d'énergie. On peut le faire :
- en inversant le sens de certaines réactions chimiques d'oxydoréduction (il est possible de stocker de l'énergie chimique dans les accumulateurs, appelés couramment batteries) ;
- en la stockant sous forme d'énergie potentielle de pesanteur, notamment dans le cas des barrages ;
- en la convertissant en énergie électrostatique qui peut être stockée dans des supercondensateurs.
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C Limites
- Chaque étape de conversion et de transport de l'énergie est caractérisée par un rendement, ce qui se traduit par des pertes d'énergie. Le rendement global d'une chaîne de conversions et de transport est le produit des rendements de chaque étape.
- Tous les systèmes de production d'électricité ou de stockage d'énergie présentent des avantages et des inconvénients (rendements, impacts environnementaux, etc.) qu'il convient d'analyser afin de faire des choix éclairés.
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2 Réseau électrique en Europe
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A De la centrale au consommateur
- Le réseau de distribution de l'électricité est organisé au niveau européen. Les smart grids, intégrées au réseau, permettent de collecter des données et d'optimiser la production et la consommation d'énergie électrique.
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B Pertes par effet Joule
- Lorsqu'un courant d'intensité I traverse un matériau, celui-ci s'échauffe
du fait de sa résistance électrique R :
\begin{array}{l|l} P_{\mathrm{J}}=R \cdot I^2 & \begin{array}{l} P_{\mathrm{J}} \text { puissance dissipée par effet Joule (W) } \\ R: \text { résistance électrique }(\Omega) \\ I: \text { intensité du courant électrique (A) } \end{array} \end{array}
- Pour minimiser les pertes par effet Joule, la solution la plus efficace est de réduire l'intensité du courant électrique I qui parcourt les lignes. À puissance délivrée constante, cette diminution de l'intensité I s'accompagne d'une augmentation de la tension au niveau des lignes à haute tension (HT) ou moyenne tension (MT).
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- Accumulateur : dispositif de stockage et de restitution d'énergie, reposant sur la conversion entre énergie électrique et énergie chimique.
- Effet Joule : phénomène de conversion de l'énergie électrique en énergie thermique lors du passage d'un courant électrique dans un matériau.
- Énergie chimique : forme d'énergie associée à la stabilité des espèces chimiques. Elle est convertie au cours des transformations chimiques.
- Énergie électrostatique : forme d'énergie associée à l'interaction entre des charges électriques.
- Énergie potentielle de pesanteur : forme d'énergie associée à l'altitude d'un système. Plus celui-ci est haut, plus il possède d'énergie potentielle de pesanteur.
- Smart grids : réseau électrique « intelligent » qui permet une gestion plus efficace de la production et de la consommation d'énergie électrique.
- Supercondensateur : dispositif de conversion d'énergie électrique en énergie électrostatique reposant sur la séparation physique des porteurs de charge électrique.
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Part des ressources en énergie utilisées pour produire de l'électricité en France en 2023
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La consommation d'électricité française s'est élevée à \text { 494,3 TW} \cdot \text {h } en 2023.
En moyenne, l'énergie perdue sous forme thermique par effet Joule est de 2 % sur le réseau de transport (à haute tension) et de 6 % sur le réseau de distribution (à basse tension).
En moyenne, l'énergie perdue sous forme thermique par effet Joule est de 2 % sur le réseau de transport (à haute tension) et de 6 % sur le réseau de distribution (à basse tension).
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| Basse tension | Moyenne tension | Haute tension |
|---|---|---|
| \mathrm{U} \leqslant 1\; \mathrm{kV} | 1\; \mathrm{kV} \lt \mathrm{U} \leqslant 50\; \mathrm{kV} | \mathrm{U}>50\; \mathrm{kV} |
| Habitation, petits commerces | Industries, hôpitaux, réseaux de transport ferroviaire | Transport de l'énergie |
Tableau des classifications des tensions
du réseau électrique
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La tension électrique appelée haute tension \mathrm{U_{H T}} est différente de la tension \mathrm{U_{\text {chute }}} perdue aux bornes des lignes électriques.
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Réseau électrique européen
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Schéma animé
Schéma statique
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