Fiche à trous · Terminale · Enseignement scientifique

Conversion et transport de l'énergie électrique

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Une même ligne peut transporter cent mégawatts sans difficulté, ou se révéler totalement incapable de le faire. Rien n'a changé dans le câble : seule la tension diffère. Comprendre pourquoi, c'est comprendre pourquoi le paysage est traversé de pylônes à très haute tension plutôt que de gros câbles.

Le rendement d'une conversion

Définition — Rendement :

Pourquoi la haute tension

Propriété

Règle

Définition — Transformateur :

Piège

Calculer les pertes en ligne à partir de la puissance transportée plutôt qu'à partir de l'intensité.

Toujours calculer l'intensité d'abord, en divisant la puissance par la tension.

Stocker

Propriété

Traiter un calcul de rendement ou de pertes

Ai-je calculé l'intensité avant les pertes ?
Ai-je bien élevé l'intensité au carré ?
Ai-je rapporté les pertes à la puissance transportée ?
Ai-je dit pourquoi le rendement est inférieur à 1 ?
Ai-je expliqué le rôle du transformateur ?
Ai-je rappelé que stocker coûte une part de ce qu'on stocke ?

Corrigé · à détacher

Conversion et transport de l'énergie électrique

1. Le rendement d'une conversion est le rapport entre l'énergie utile obtenue et l'énergie fournie. Il est toujours inférieur à 1, et cette limite n'est pas un défaut de fabrication : une machine thermique ne peut pas convertir toute la chaleur reçue en travail. L'énergie manquante n'est pas détruite — elle est évacuée sous forme de chaleur, inutilisable à ce niveau de température.
2. $η = \frac{E _{u t i l e}}{E _{f o u r ni e}}$
3. Une ligne possède une résistance, et le passage du courant l'échauffe : c'est l'effet Joule. La puissance perdue vaut la résistance multipliée par le carré de l'intensité. Or pour une puissance donnée, l'intensité est le quotient de cette puissance par la tension : élever la tension divise l'intensité d'autant, et les pertes du carré de ce facteur.
4. $P_{p er d u e} = R \times I^{2} avec I = P \div U$
5. Les pertes en ligne valent la résistance fois le carré de l'intensité : c'est l'intensité qu'il faut réduire, donc la tension qu'il faut élever. Diviser l'intensité par dix divise les pertes par cent — le carré fait tout le travail.
6. $I \div 10 \Rightarrow P_{p er d u e} \div 100$
7. Le transformateur est ce qui rend la haute tension praticable. Il élève la tension à la sortie de la centrale et l'abaisse à l'approche des usages, en conservant approximativement la puissance : le rapport des tensions est celui des nombres de spires. Il ne fonctionne qu'en courant alternatif — c'est l'une des raisons historiques pour lesquelles le réseau l'est.
8. Le stockage de l'électricité passe toujours par une autre forme d'énergie, donc par deux conversions : une station de pompage remonte de l'eau dans un bassin haut puis la turbine ; une batterie passe par la chimie. Chaque aller-retour a son rendement, inférieur à 1. Stocker coûte donc une part de ce qu'on stocke, et cette part est irréductible.
9. Écrire chaque grandeur avec son unité, et vérifier l'homogénéité.
10. Calculer l'intensité avant toute chose, en divisant la puissance par la tension.
11. Élever l'intensité au carré, puis multiplier par la résistance.
12. Rapporter les pertes à la puissance transportée pour juger de la plausibilité.
13. Conclure par une phrase, jamais par un nombre seul.