Au 21e siècle, l’électricité est omniprésente : éclairage, recharge des appareils électroniques, cuisine, eau chaude ou chauffage, et désormais même nos voitures, nous utilisons de l’électricité dans tous nos gestes et réflexes quotidiens. L’électricité est produite par de centrales utilisant différentes sources d’énergie pour la générer. Découvrez dans cet article les principales méthodes de production de l’électricité, ainsi que leurs avantages et inconvénients.
Électricité nucléaire
En France, près des trois quarts de l’énergie électrique produite sont issus de centrales nucléaires. Malgré ses détracteurs, cette méthode demeure donc indispensable à notre mode de vie actuel et est considérée par beaucoup comme une passerelle nécessaire vers un réseau électrique 100 % renouvelable. Le parc nucléaire géré par EDF comporte 56 réacteurs répartis sur 18 sites.
Qu’est-ce que l’énergie nucléaire ?
L’électricité nucléaire est produite grâce à l’exploitation d’une énergie fossile radioactive, l’uranium. Les centrales utilisent des réacteurs nucléaires pour produire des fissions d’atomes d’uranium, qui s’accompagnent d’un fort dégagement de chaleur, qui peut ensuite être transformée en électricité. La centrale nucléaire présente l’avantage de pouvoir produire d’importantes quantités d’électricité, avec une moyenne de 850 mégawatts par réacteur, et de ne pas émettre de CO2. Si le nucléaire reste la principale méthode de production d’énergie en France, il est souvent décrié en raison des risques élevés en cas d’accident et de la mauvaise gestion des déchets nucléaires encore radioactifs.
Comment produire de l’électricité nucléaire ?
Une centrale nucléaire se compose d’un circuit primaire, d’un circuit secondaire et d’un circuit de refroidissement.
Dans le circuit primaire se trouvent les réacteurs dans lesquels a lieu la fission des atomes d’uranium. Pour ce faire, on projette des neutrons sur les noyaux des atomes d’uranium, ce qui a pour effet de les scinder en deux, la réaction dégageant une immense quantité d’énergie thermique. Les réacteurs sont entourés d’eau maintenue sous pression. Cette eau absorbe la chaleur produite, atteignant une température de 320°C.
L’eau chaude du circuit primaire entre ensuite en contact avec le circuit secondaire, qui contient lui aussi de l’eau. Cette dernière (qui n’est jamais mélangée à l’eau du circuit primaire afin d’éviter toute contamination) produit alors de la vapeur.
La vapeur entraîne à son tour un turbo-alternateur, qui convertit la puissance de ce mouvement en électricité. Le système fonctionne au moyen d’une turbine qui fait tourner la partie mobile de l’alternateur recouverte d’électro-aimants : le rotor. La partie fixe, le stator, est équipée de bobines de cuivre. Sous l’action du rotor, le champ magnétique entre les deux éléments varie, générant un courant électrique alternatif. Le courant est alors envoyé vers un transformateur qui en élève la tension pour pouvoir l’acheminer vers les lignes à haute tension.
La vapeur qui sort de la turbine passe par le circuit de refroidissement, où un condensateur qui contient de l’eau froide (prélevée dans une rivière à proximité ou dans la mer) la retransforme en eau. Notons que ces circuits n’étant à aucun moment en contact direct avec des éléments radioactifs, il n’y a aucun danger de contamination.
En tout dernier lieu, l’eau qui a permis de refroidir le circuit doit, elle aussi, être rafraîchie pour pouvoir retourner à sa source (on évite ainsi d’augmenter la température des rivières). C’est à cela que servent les fameuses tours d’où s’échappe une « fumée » blanche, qui n’est en réalité que de la vapeur d’eau.
Électricité thermique à combustible fossile
Qu’est-ce que l’énergie thermique à combustible fossile ?
Comme son nom l’indique, cette électricité est produite grâce à la chaleur générée en brûlant des combustibles fossiles (fioul, pétrole, gaz, charbon, etc.). Cette solution était la plus utilisée en France entre 1950 et 1980, subvenant à l’ensemble des besoins jusqu’au développement de l’énergie nucléaire.
Aujourd’hui, on y a encore recours quand la situation le réclame, par exemple lors des périodes de grand froid ou pour répondre à des pics de consommation. En 2019, le parc thermique à flamme français comptait 35 chaudières réparties sur 24 sites.
Notons également que l’énergie thermique à combustible fossile reste la plus utilisée dans le monde à l’heure actuelle, contribuant de manière significative au réchauffement climatique. En effet, le charbon (et autres combustibles fossiles) émet de grandes quantités de gaz à effet de serre. Les centrales thermiques sont actuellement en perte vitesse en raison des fortes émissions de CO2 qu’elles génèrent et de leur dépendance aux sources d’énergie non renouvelables.
Comment produire de l’électricité grâce à un combustible fossile ?
Le principe est relativement similaire à celui de la centrale nucléaire, si ce n’est que la vapeur nécessaire est obtenue au moyen d’une chaudière.
L’électricité thermique est produite grâce à des sources d’énergie fossile, comme du charbon ou du gaz, qui sont introduites dans des brûleurs. Une fois dans les brûleurs, la chaleur produite par la combustion sera transformée en vapeur qui activera la turbine pour produire de l’électricité.
Électricité hydraulique
Qu’est-ce que l’énergie hydraulique ?
Les avantages de l’énergie hydraulique sont multiples : en plus d’être une source d’énergie renouvelable, sa production n’émet pas de CO2 ni de déchets toxiques. En revanche, l’installation des centrales hydrauliques coûte cher, et la construction des barrages connexes peuvent perturber ou anéantir des écosystèmes.
Notons que l’exploitation de l’hydroélectricité en France remonte au XIXe siècle ! À ce titre, il s’agit de la méthode de production d’électricité la plus ancienne reposant sur une ressource nationale. On compte ainsi 640 barrages répartis sur l’ensemble du territoire, dont 150 ont une hauteur qui dépasse 20 m.
Comment produire de l’électricité grâce à un système hydraulique ?
L’électricité hydraulique est produite par des centrales hydroélectriques qui utilisent de l’eau comme source d’énergie. Leur fonctionnement repose sur l’énergie cinétique : la turbine est activée par le passage des flots, qui activeront l’alternateur qui générera de l’électricité. La production d’électricité dépend donc de la force du courant, c’est-à-dire de la hauteur de la chute d’eau (pour les centrales de hautes et moyennes chutes) ou du débit (pour les centrales au fil de l’eau).
Électricité éolienne
Qu’est-ce que l’énergie éolienne ?
Bien avant la découverte de l’électricité, l’énergie éolienne permettait déjà d’automatiser certains processus au Moyen Âge ! Si l’exploitation du vent a aujourd’hui des applications différentes, le principe de base demeure le même.
L’électricité éolienne est produite grâce à l’énergie cinétique du vent, qui fait tourner des éoliennes reliées à une centrale électrique. L’éolien fait petit à petit son chemin dans le mix énergétique ces dernières années, mais la difficulté à prévoir les vents restent un obstacle majeur à sa généralisation.
Fin 2019, on dénombrait 1942 installations éoliennes à travers la France, contribuant à produire de l’électricité propre à partir d’une ressource inépuisable et gratuite.
Comment produire de l’électricité grâce à l’énergie éolienne ?
À nouveau, on retrouve le principe du rotor relié à un alternateur, produisant un courant alternatif qui passe par un transformateur avant d’être injecté dans le réseau. Au lieu d’employer de la vapeur pour entraîner la turbine, on compte ici simplement sur la force qu’exerce le vent contre les pales du dispositif.
Électricité solaire
Qu’est-ce que l’énergie solaire ?
L’électricité solaire est produite grâce au soleil. On distingue 3 types de centrales électriques solaires :
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les centrales photovoltaïques, qui utilisent des panneaux solaires ;
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les centrales solaires thermiques, qui utilisent des miroirs afin de capter les rayons du soleil ;
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les centrales thermodynamiques, encore peu développées, qui exploitent un récepteur solaire et une turbine à gaz.
En France, les centrales à énergie solaire sont presque exclusivement photovoltaïques et se présentent sous la forme de champs de panneaux solaires. Une partie de plus en plus importante de la production est également assurée par les particuliers qui équipent leur toiture de panneaux photovoltaïques.
Comment produire de l’électricité grâce à l’énergie solaire ?
Les panneaux solaires photovoltaïques sont composés de silicium qui, sous l’action des photons dont est constituée la lumière du soleil, produit une tension électrique. Le courant passe alors dans un ondulateur où il est converti en courant alternatif, qui sera ensuite stocké dans des batteries ou injecté directement dans le réseau.
Si l’énergie solaire est entièrement renouvelable, inépuisable et non polluante, son efficacité énergétique est plutôt faible. Elle est cependant de plus en plus utilisée par des particuliers qui souhaitent produire leur propre électricité. À leur échelle comme à celle des centrales, les équipements continuent de se perfectionner, faisant de l’électricité photovoltaïque une véritable énergie d’avenir.
Comment produirons-nous de l’électricité à l’avenir ?
Pourquoi s’arrêter en si bon chemin alors que la production d’énergie propre est l’un des enjeux les plus importants de notre époque ? Les innovations les plus récentes prennent la forme de briques et de tuiles photovoltaïques, de vitres et de peintures solaires, et de bien d’autres projets encore. La méthanisation et les écogénérateurs continuent également leurs progrès.
Comment produire de l’électricité plus efficacement et sans recourir à des ressources polluantes, alors qu’aucune ressource propre n’est actuellement exploitée en quantité suffisante ? Sans doute en cumulant les différentes approches à notre portée et en multipliant les installations, aussi petites soient-elles. C’est pourquoi la participation des particuliers aura un impact immense sur la transition énergétique.