Aller au contenu
connaissance.org

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

FamilleSource de mouvementExemples
centrales thermiques à flammevapeur produite en brûlant un combustiblecharbon, fioul, biomasse, déchets
centrales à gazgaz de combustion, puis vapeur (cycle combiné)gaz naturel
centrales nucléairesvapeur produite par la fissionuranium
géothermievapeur du sous-solzones volcaniques
hydroélectricitéeau qui descendbarrages, fil de l’eau
éolienventéoliennes 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

SourceRendement de conversionFacteur de charge typiqueÉmissions (cycle de vie, g CO₂/kWh)Pilotable ?
charbon33 à 45 %40 à 80 %environ 820oui
gaz (cycle combiné)jusqu’à environ 60 %30 à 60 %environ 490oui, rapide
nucléaireenviron 33 %70 à 90 %environ 12oui, plus lentement
hydraulique de lac85 à 90 %30 à 50 %environ 24oui, très rapide
éolien terrestre45 à 50 % du vent capté20 à 30 %environ 11non
photovoltaïque20 à 23 %10 à 25 %environ 40non

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

SourcePart approximative de l’électricité mondiale (milieu des années 2020)
charbonenviron 35 %
gazenviron 22 %
hydrauliqueenviron 14 %
nucléaireenviron 9 %
éolienenviron 8 %
solaireenviron 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.

À lire aussi

Énergie et technologies : toutes les fiches