Optimisation du transport de l’électricité

Ce chapitre est enseigné dans le cadre du thème « le futur des énergies » du programme de Terminale générale.

Mots clés : électricité, réseau électrique, transport, réseau de transport, effet Joule, pertes par effet Joule, optimisation, modélisation, graphes.

Objectifs du chapitre

  • Comprendre l’effet Joule, son origine, ses avantages et ses inconvénients.
  • Savoir modéliser un réseau de distribution électrique simple par un graphe orienté.
  • Comprendre la différence entre les deux types de modèles utilisés pour modéliser un réseau électrique, le modèle de circuit électrique et le modèle basé sur les graphes.
  • Connaître l’utilisation de la très haute tension dans les lignes électriques pour limiter les pertes par effet Joule.
  • Savoir minimiser les pertes par effet Joule avec les contraintes imposées.

Prérequis

  • Les lois de l’électricite
  • Les notions d’énergie et de puissance électriques
  • Les notions d’énergie cinétique

Problématique

Comment limiter les pertes d’énergie lors du transport de l’électricité ?

Introduction

Lors de son transport dans un réseau électrique, une partie de l’énergie électrique est convertie en énergie thermique par effet Joule. Cette énergie est ensuite dissipée dans l’environement.

De la production d’énergie électrique à sa consommation

L’énergie électrique est produite dans différentes centrales (électrique, thermiques, éoliennes, hydroélectriques,..).
Cependant, elle n’est pas consommée sur le lieu où elle est produite. Elle est transportée de l’endoit où elle est générée jusqu’au lieu où elle est consommée. Le transport est assuré par l’intermédiaire d’un réseau de lignes électriques (aériennes ou souterraines).
L’énergie électrique ne se stocke pas , mais sa production est ajustée et adaptée aux besoins des consommateurs.

Une carte interactive est accessible sur le site du Réseau de Transport d’Électricité (RTE).

En France, le RTE est chargé de la gestion du réseau de transport d’électricité. Il fait partie du Réseau européen des gestionnaires de réseau de transport d’électricité (ENTSO-E).
L’enjeu est de comment transporter l’électricité en minimisant les pertes.

Effet Joule

Lorsqu’un courant traverse un matériau conducteur, il se produit un phénomène appelé effet Joule  qui se traduit par un échauffement et un dégagement d’énergie thermique. Cette dernière est dissipée dans l’environnement.

Avantages et inconvénients de l’effet Joule

L’effet Joule constitute un inconvénient car une partie d’énergie électrique est perdue, mais dans certaines situations cet effet a des avantages.

a) Avantages de l’effet Joule

Dans certaines situations, il est possible de récupérer l’énergie électrique dissipée. Dans ce cas, l’intégralité de l’énergie électrique est transformée en chaleur.

b) inconvénients de l’effet Joule

L’énergie perdue se dissipe dans l’environnement sans possibilité de la récupérer.

L’effet Joule conduit aux réchauffement des appareils électriques, ce qui peut endommager ces appareils et provoquer des brûlures ou des incendies.

La minimisation des pertes par effet Joule

Lors de son transport entre le lieu de sa production et le point de consommation, l’électricité connaît des pertes.
Le volume de ces parties dépends des facteurs suivants :

  • La valeur du courant
  • La distance de transport
  • Les caractéristiques du réseau électrique.

Le document ci-après de la RTE explique les origines de ces pertes.

Modélisation d’un réseau électrique

Un réseau de transport électrique peut être modélisé par 

  • un circuit électrique est composé d’un générateur, des transformateurs et des fils.
  • un graph orienté dont les arcs représentent les lignes électriques et dont les sommets représentent les sources, les cibles et les nœuds intermédiaires.

Optimisation d’un réseau électrique

Les réseaux intelligents

Un réseau électrique intelligent « Smart Grid » permet une gestion plus efficace de la production et de la consommation d’énergie électrique. Ces réseaux combinent les techniques du numérique de l’électricité pour ajuster en temps réel le flux d’électricité.

Questions pour la révision

  • Quelles sont les différentes parties d’un réseaux électrique ?
  • Expliquer la différence entre un réseau de transport et un réseau de distribution ?
  • Expliquer pourquoi l’effet Joule est considéré comme un inconvenient lors du transport de l’énergie électrique ?
  • Comment appelle-t-on la partie du réseau qui est chargé de modifier la valeur de la tension dans un réseau électrique?
  • Expliquer comment s’effectue l’acheminement de l’électricité du lieu de production au lieu de consommation ?
  • A l’aide d’une relation liant les puissances transportées, les puissances utiles et les puissances de perte par effet Joule, expliquer le bilan de puissance d’un cable électrique ?

Cours externes

Documentaires et cours en vidéos