En deux siècles, l’électricité est passée d’une curiosité de laboratoire à une énergie présente partout. Cette histoire mêle découvertes scientifiques et innovations techniques. Aujourd’hui encore, l’essentiel de l’électricité mondiale est produit par des alternateurs, fondés sur l’induction électromagnétique découverte par Faraday en 1831.
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ULU, le tuteur d’ULUMINE, t’aide à partir de ce cours.
Objectifs
- Situer quelques grandes étapes de l’histoire de l’électricité
- Expliquer le principe de l’induction électromagnétique et de l’alternateur
- Représenter une chaîne de conversion d’énergie dans une centrale
- Calculer un rendement, y compris pour plusieurs conversions successives
1. Quelques étapes historiques
| Date | Découverte ou invention | Apport |
|---|---|---|
| 1800 | Pile de Volta | Premier générateur produisant un courant continu durable |
| 1820 | Expérience d’Ørsted | Un courant électrique dévie une aiguille aimantée : électricité et magnétisme sont liés |
| 1831 | Induction électromagnétique (Faraday) | Un aimant en mouvement près d’une bobine crée un courant |
| 1839 | Effet photovoltaïque (Becquerel) | La lumière peut produire une tension dans certains matériaux |
| 1860–1870 | Équations de Maxwell | Théorie unifiée de l’électromagnétisme |
| fin du XIXe siècle | Dynamos, alternateurs, premières centrales et réseaux | Production et distribution à grande échelle |
| 1954 | Première cellule photovoltaïque au silicium d’usage pratique | Début du photovoltaïque moderne |
2. L’induction électromagnétique
Induction électromagnétique : Apparition d’une tension aux bornes d’une bobine lorsque le champ magnétique qui la traverse varie (aimant qui bouge, bobine qui tourne…). Si le circuit est fermé, un courant induit circule.
- Un aimant immobile devant une bobine ne crée aucune tension : il faut une variation.
- Plus la variation est rapide (aimant plus rapide), plus la tension induite est grande.
- Le sens du courant s’inverse quand on inverse le sens du mouvement.
3. L’alternateur
Un alternateur comporte un rotor (aimant ou électroaimant qui tourne) et un stator (bobines fixes). La rotation du rotor fait varier le champ magnétique dans les bobines : une tension alternative apparaît. Il convertit de l’énergie mécanique en énergie électrique.
- En Europe, le réseau fonctionne à la fréquence de 50 Hz : la tension change de sens 100 fois par seconde.
- Le rendement des gros alternateurs est très élevé, souvent supérieur à 95 %.
- Un alternateur est mis en rotation par une turbine (vapeur, eau, vent) : il équipe les centrales thermiques, nucléaires, hydrauliques et les éoliennes. Seul le photovoltaïque produit de l’électricité sans pièce tournante.
4. Chaînes de conversion et rendement
Rendement : Rapport entre l’énergie (ou la puissance) utile fournie par un convertisseur et l’énergie (ou la puissance) qu’il reçoit. Il est compris entre 0 et 1 (ou 0 et 100 %).
η =
L’énergie non utile n’est pas détruite : elle est surtout dissipée sous forme de transfert thermique (chaleur) vers l’environnement. Lorsque plusieurs convertisseurs se suivent, le rendement global est le produit des rendements.
Rendement d’une centrale thermique
Chaudière (η₁ = 0,90) → turbine (η₂ = 0,40) → alternateur (η₃ = 0,98).
- η = η₁ × η₂ × η₃
- η = 0,90 × 0,40 × 0,98 ≈ 0,35
Environ 35 % de l’énergie chimique du combustible est convertie en électricité : la turbine est le maillon limitant, pas l’alternateur.
À retenir
- Pile de Volta (1800), Ørsted (1820), induction de Faraday (1831), effet photovoltaïque de Becquerel (1839), équations de Maxwell.
- Une tension apparaît dans une bobine quand le champ magnétique qui la traverse varie.
- L’alternateur convertit énergie mécanique en énergie électrique avec un rendement très élevé (souvent > 95 %).
- Rendement η = P utile ÷ P reçue ; pour des conversions en série, on multiplie les rendements.
- L’énergie perdue est dissipée surtout sous forme de chaleur.
Et maintenant, à toi !
Vérifie que tu as compris avec les exercices, puis révise avec la fiche.