A Le réseau
aDéfinition
Un réseau électrique achemine l'énergie électrique des centres de production vers les consommateurs finaux.
Il comporte de nombreuses lignes électriques (sur des pylônes, enterrées) travaillant à des tensions définies. Ces lignes sont connectées entre elles grâce aux postes électriques, qui permettent de modifier la tension de la ligne à l'aide de transformateurs et de la diriger vers les consommateurs.
Le réseau électrique
L'énergie électrique ne pouvant pas être stockée, il faut donc assurer une gestion efficace de l'ensemble de la chaîne, de la production jusqu'au consommateur en passant par le transport.
bLa production de l'énergie
L'électricité peut être produite de différentes manières, mais en utilisant presque toujours le même principe : la transformation d'un mouvement de rotation en énergie électrique à l'aide d'un alternateur.
En France, la production d'électricité est essentiellement d'origine nucléaire (72 %). Le reste est produit par des usines hydrauliques et thermiques. Les énergies renouvelables, telles que l'éolien ou le photovoltaïque, produisent une part croissante d'électricité, qui reste cependant limitée.
cL'acheminement de l'énergie
La tension produite est portée à la sortie du site de production à une tension de 400 kV, grâce à un transformateur élévateur de tension, ce qui permet de transporter de grandes quantités d'énergie sur de longues distances avec le minimum de pertes d'électricité. Ce réseau assure le lien entre les régions, il est interconnecté aux réseaux des pays voisins en Europe.
À l'échelle régionale ou locale, le transport est assuré en très haute tension (225 kV) et en haute tension (63 à 90 kV). Cette partie du réseau achemine l'électricité jusqu'aux grands consommateurs industriels et aux réseaux de distribution.
L'électricité passe du réseau de transport aux réseaux de distribution dans des postes de transformation abaisseurs de tension : la haute et très haute tension sont transformées en moyenne tension (15 à 20 kV) ou en basse tension (400 et 230 V). Les réseaux de distribution alimentent les particuliers, les petits commerçants, les collectivités locales et les petites et moyennes entreprises.
La tension délivrée par les prises électriques chez les particuliers a une fréquence de 50 hertz et une tension efficace de 230 V.
B Le choix de la tension alternative
Le réseau électrique européen a globalement la même structure d'un pays à l'autre, pour pouvoir faire transiter de fortes puissances électriques au sein de l'Europe. Les distances à parcourir sont énormes, les pertes énergétiques par effet Joule doivent être réduites au maximum. Le choix de la tension alternative a donc été fait pour pouvoir transporter de grandes quantités d'énergie électrique sur de longues distances.
définition
L'effet Joule est une perte d'énergie sous forme de chaleur.
La justification se trouve dans les pertes thermiques créées par l'effet Joule. En effet, une ligne électrique ayant une résistance R peut être considérée comme un conducteur ohmique. La puissance Joule s'exprime par PJ = R.I2. Pour transporter une puissance électrique élevée en tension continue, il faut faire passer une intensité forte, ce qui engendre une perte importante sous forme thermique sur de grandes distances.
Ainsi, l'utilisation de la tension continue entraîne des pertes d'énergie élevées et oblige à avoir de nombreux sites de production, très proches des consommateurs. La tension continue a donc été abandonnée au profit de tensions alternatives triphasées, qui permettent de transporter de très fortes puissances électriques à travers un pays ou un continent. Pour limiter l'effet Joule, il faut augmenter la tension électrique U.
C Les transformateurs de tension
Les transformateurs permettent d'élever ou d'abaisser la valeur d'une tension alternative. Un transformateur est représenté par le schéma ci-contre. On les trouve aux extrémités des réseaux de transport et de distribution :
un transformateur élévateur de tension à la sortie des centrales de production d'électricité ;
un transformateur abaisseur après le transport de l'électricité.
Fonctionnement d'un transformateur
Un transformateur est constitué d'un circuit magnétique. Il comporte deux enroulements. On définit le rapport de transformation, noté m, comme le rapport du nombre de spires à l'enroulement secondaire N2 par le nombre de spires à l'enroulement primaire N1.
Ce rapport de transformation m est égal au rapport de la tension de sortie U2 au secondaire par la tension d'entrée U1 au primaire :
m = = .
Un transformateur ne fonctionne pas en courant continu, la tension de sortie est alors nulle.
EXEMPLE
Un transformateur comporte N1 = 500 spires au primaire et N2 = 50 spires au secondaire. Calculez le rapport de transformation et la tension de sortie U2 si la tension d'entrée U1 est égale à 12,0 V.
Le rapport de transformation vaut donc = 0,10. Ce rapport est aussi égal au rapport de tension , donc = 0,10, soit U2 = 0,10 × U1 = 1,2 V.
REMARQUE
Si N1 < N2 alors m > 1 et U2 > U1, c'est un transformateur élévateur de tension.
Si N1 > N2 alors m < 1 et U2 < U1, c'est un transformateur abaisseur de tension.