Résumé — Conversion et transport de l'énergie électrique

Ce résumé condense l’exigible du chapitre. L’idée directrice : on sait produire de l’électricité sans combustion, mais il faut ensuite la transporter (en limitant les pertes) et parfois la stocker (pour compenser l’intermittence).

Produire sans combustion : trois méthodes

Conversion d’énergie mécanique : directe (dynamos, éoliennes, hydroliennes, barrages hydroélectriques) ou indirecte à partir d’énergie thermique (centrales nucléaires, solaires thermiques, géothermie — la chaleur fait de la vapeur qui fait tourner une turbine).
Conversion d’énergie radiative : les panneaux photovoltaïques convertissent la lumière du Soleil.
Conversion électrochimique : piles, accumulateurs, piles à hydrogène.
Aucune n’est sans effet : impact sur l’environnement et la biodiversité, ou risques spécifiques (pollution chimique, déchets radioactifs, accidents industriels).

Rendement global d’une chaîne de conversion

$\eta = \frac{E_{\text{utile}}}{E_{\text{absorbée}}} = \eta_1 \times \eta_2 \times \dots$

Quand plusieurs convertisseurs s’enchaînent, les rendements se multiplient : le rendement global est toujours plus petit que le plus mauvais des maillons.

Transporter : l’effet Joule et la haute tension

Au cours du transport, une partie de l’énergie est dissipée dans l’environnement par effet Joule (échauffement des câbles) : elle n’arrive jamais chez l’utilisateur.

Puissance et effet Joule

$P = U \times I \qquad \text{et} \qquad P_{\text{Joule}} = R \times I^2$

À puissance transportée P fixée, augmenter la tension U diminue l’intensité I — et comme les pertes Joule dépendent de I², elles s’effondrent. C’est pourquoi les lignes sont à haute tension.

Équilibrer et stocker

Le réseau de transport est maillé au niveau européen. En cas de déséquilibre entre l’offre et la demande, il faut mobiliser des réserves, diminuer la consommation ou la production, ou stocker de l’énergie.
Pour faire face à l’intermittence (solaire, éolien), on convertit l’électricité sous une forme stockable : énergie chimique (batteries, hydrogène), énergie mécanique (retenues d’eau des stations de pompage), énergie électromagnétique.
Comparer les dispositifs de stockage selon plusieurs critères : capacité et durée de stockage, incidence écologique, masse mise en jeu par kilowattheure.

Les pièges classiques

« Sans combustion » ne veut pas dire sans impact : le nucléaire produit des déchets radioactifs, un barrage bouleverse un écosystème. La haute tension ne supprime pas l’effet Joule, elle le limite. Et l’électricité ne se stocke pas telle quelle : on la convertit d’abord sous une autre forme (chimique, mécanique…).