Chapitre 1 : Comment produire de l'électricité ?
I) Qu'ont en commun toutes les centrales électriques ? Voir animation : fonctionnement des centrales électriques
Origine de l'énergie (Source primaire
d'énergie)
Étape 1 Étape 2 Étape 3
Centrale éolienne Énergie
mécanique du vent
Le vent met en mouvement une hélice qui acquiert de l'énergie cinétique.
L'hélice met en mouvement un alternateur qui convertit l'énergie mécanique en énergie électrique.
Centrale hydraulique Énergie
mécanique de l'eau
L'eau met en mouvement une turbine à eau qui acquiert de l'énergie mécanique
La turbine à eau
met en
mouvement un alternateur qui convertit l'énergie mécanique en énergie électrique.
Centrale thermique (gaz ou charbon) Énergie chimique
des réactifs de la combustion
(combustion du gaz ou du charbon)
L'énergie
thermique produite par la combustion transforme l'eau liquide en vapeur d'eau sous pression
La vapeur d'eau sous pression
met en
mouvement une turbine à vapeur qui acquiert de l'énergie
mécanique.
La turbine à vapeur met en mouvement un alternateur qui convertit l'énergie mécanique en énergie électrique.
Centrale nucléaire Énergie nucléaire
(fission de
l'uranium)
L'énergie
thermique produite par la réaction nucléaire
transforme l'eau liquide en vapeur d'eau sous pression.
La vapeur d'eau sous pression
met en
mouvement une turbine à vapeur qui acquiert de l'énergie
mécanique.
La turbine à vapeur met en mouvement un alternateur qui convertit l'énergie mécanique en énergie électrique.
3e Chap 1 : Production d'électricité 1/3
Quel est l'élément commun à toutes les centrales ?
Toutes les centrales électriques possèdent un alternateur. C'est l'alternateur qui convertit l'énergie mécanique en énergie électrique.
Les centrales électriques ne diffèrent donc que par leur source primaire d'énergie (vent, eau, nucléaire, thermique ...). On distingue ainsi deux types d'énergies primaires :
➢ les énergies dites renouvelables : qui proviennent de sources inépuisables (énergie du Soleil, du vent, des marée, de la géothermie) ou renouvelables à l'échelle de la vie humaine (bois, les plantes)
➢ Les énergies non renouvelables dont les réserves sont limitées et s'épuisent (uranium, pétrole, gaz, charbon).
II) Comment un alternateur produit-il de l'électricité ? 1) Mise en évidence du rôle de l'alternateur :
Expérience : On branche une lampe aux bornes d'un alternateur (dynamo de vélo)
Observation : La lampe s'allume lorsque l'alternateur est mis en fonctionnement.
3e Chap 1 : Production d'électricité 2/3
Source d'énergie primaire
Chaudière Turbine Alternateur
Énergie électrique Turbine ou
hélice Alternateur
Source d'énergie non renouvelable (pétrole, charbon, uranium)
Source d'énergie renouvelable (vent, mouvement de l'eau)
Perte d'énergie thermique
Perte d'énergie mécanique (frottements)
Perte d'énergie mécanique (frottements) et thermique
(effet Joule)
Perte d'énergie mécanique (frottements)
Perte d'énergie mécanique (frottements) et thermique
(effet Joule)
Conclusion : L'alternateur convertit de l'énergie mécanique en énergie électrique.
2) Principe de l'alternateur :
Expérience : On met en mouvement un aimant à proximité d'une bobine reliée à un oscilloscope.
Remarques : Une bobine est constituée d'un enroulement de fil de cuivre. L'oscilloscope permet de détecter tout type de tension électrique.
Observation :
On observe l'apparition à l'oscilloscope d'une tension électrique variable dans le temps aux bornes de la bobine.
Interprétation :
Le mouvement de l'aimant à proximité de la bobine a pour effet de créer une tension électrique variable dans le temps aux bornes de la bobine.
Conclusion :
Un alternateur est donc constitué d'un aimant pouvant être mis en mouvement à l'intérieur d'une bobine. C'est la mise en mouvement de cet aimant à proximité d'une bobine qui permet de produire une tension électrique variable dans le temps aux bornes de la bobine.
Exemple : alternateur de voiture
3e Chap 1 : Production d'électricité 3/3
Aimant en mouvement
Bobine
Énergie mécanique Alternateur Énergie électrique
Pertes d'énergie thermique par frottements mécaniques et effet Joule
