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PRODUCTION D’ELECTRICITE
Enjeux énergétiques
planétaires 2
Compétences
exigibles au
BAC
 Connaître les principales sources énergétiques utilisées dans les centrales.
 Conduire une analyse macroscopique globale d'une chaîne énergétique : les différentes formes
d'énergie, leurs transformations, ordres de grandeur.
1. Comment produire une tension électrique ?
1.1. Comment est constitué un alternateur de vélo ?
On y trouve une bobine (enroulement de fil de
cuivre), un aimant et un galet. Dans certains
modèles, l’aimant est mobile et la bobine fixe, dans
d’autres, c’est le contraire.
La partie mobile est appelée le rotor.
La partie fixe est appelée le stator.
Le galet frotte sur la roue et permet de mettre en
rotation le rotor.
Schéma d’un alternateur de bicyclette
1.2. Propriétés d’un aimant
Expérience : placer au voisinage d’un aimant droit, une aiguille aimantée, que remarque-t-on ?
A l’aide d’une plaque en plexiglas, placée au-dessus d’un aimant, saupoudrer de limaille de fer. Quelle
observation peut-on faire ? Quel lien peut-il exister avec l’aiguille aimantée ?
Une boussole (aiguille aimantée) placée au voisinage d’un aimant dévie, celui-ci crée donc un champ
magnétique.
En plaçant de la limaille de fer tout autour d’un aimant, celle-ci se dispose d’une manière bien définie : en
chaque point, la limaille de fer indique la direction du champ magnétique créé par l’aimant, on obtient
alors des lignes de champ.

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1.3. Propriétés d’une bobine
 Expérience au bureau avec une bobine parcourue par un courant et une aiguille aimantée
Dès qu’une bobine est parcourue par un courant, l’aiguille aimantée dévie en son voisinage : une bobine
traversée par un courant se comporte alors comme un aimant : elle crée donc aussi un champ magnétique.
 Expérience au bureau avec une bobine, un aimant et un galvanomètre à zéro central.
Quand on déplace un aimant devant une bobine ou
inversement une bobine devant un aimant, il se crée un
courant électrique donc une tension électrique aux bornes
de la bobine. Cette tension est nulle si le mouvement
cesse. Ce phénomène est appelé induction
électromagnétique.
 Expérience au bureau avec une bobine reliée à un oscilloscope et un aimant tournant régulièrement devant
la bobine.
Si l’on fait tourner régulièrement un aimant devant
une bobine ou inversement, apparaît alors aux
bornes de la bobine, une tension tantôt de signe
positif, tantôt de signe négatif et tend à se rapprocher
d’une allure sinusoïdale ; par ce principe, il sera
alors possible de créer une tension électrique
alternative sinusoïdale.
1.4. Les alternateurs
 Expérience au bureau d’un alternateur de bicyclette relié à un oscilloscope :
Lorsque l’alternateur de bicyclette tourne, la tension qui est produite
est alternative.
On produit industriellement l’énergie électrique dans une centrale à l’aide d’alternateurs comportant des
aimants et des bobines par rotation du rotor autour du stator. La mise en mouvement du rotor est due à
l’action d’une turbine dans la très grande majorité des cas. Il y a donc ici conversion d’énergie mécanique
en énergie électrique.
Dans les alternateurs industriels (ceux des automobiles ou des centrales électriques), les aimants sont
remplacés par des électro-aimants : ce sont des bobines entourant un noyau de fer et parcourues par un
courant continu. Ces électro-aimants, solidaires du rotor, présentent des pôles sud et nord alternés. Les
bobines fixes aux bornes desquelles on recueille la tension alternative, constituent le stator.
G
V
mV
YB
YA (x)
YA
YB
XY
DUAL
ADD
YB
YA
DECL
-YB
FOCALISATION
MARCHE
INTENSITE
2
3
1
4
5
7
8
9
10
11
12
13b
15b
13a
14a
15a
16b
17b
16a
17a
0
0
X
14b
V
mV
20
5
NIVEAU
0
l
ms
s
s
6
AUTO
18
19
20
21
Aimant en
rotation
uniforme
Bobine
Oscilloscope
Fils de connexion
Aimant
Bobine
Galvanomètre
Fils de connexion
0
mA

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2. Les centrales électriques
2.1. Les différentes conversions d’énergie
A partir des documents ci-dessous, reconstituer les « chaînes énergétiques » des principaux types de
centrales électriques.
Document n°1 : « Matières premières »
Document n°2 : « Énergies primaires »
Soleil
Minerai d’uranium
Vent
Eau
Combustibles fossiles
Énergie chimique
Énergie mécanique
Énergie nucléaire
Énergie rayonnante
L’énergie mécanique est la somme des énergies potentielle et cinétique.
L’énergie cinétique d’un corps est l’énergie qu’il possède du fait de sa vitesse.
L’énergie potentielle d’un objet est l’énergie qu’il possède du fait de sa position par rapport au sol.
Rappel : Le préfixe M, méga, signifie
6
10
fois l’unité, soit un million de fois l’unité.
Le préfixe G, giga, signifie
9
10
fois l’unité, soit un milliard de fois l’unité.
Le préfixe T, téra, signifie
12
10
fois l’unité, soit mille milliard de fois l’unité.
Centrale éolienne
Les pales de l’éolienne sont mise en mouvement par le
vent, elles entrainent avec elles un axe qui fait tourner la
génératrice de courant.
Les éoliennes les plus fréquentes ont une puissance de 1,5 MW.
Production totale d’énergie éolienne en France en 2003 : 375 GWh
Puissance totale installée en France en 2004 : 385 MW.
Centrale hydraulique
L’eau qui s’écoule fait tourner une turbine qui fait tourner
un alternateur. Expérience turbine
Les centrales hydrauliques ont une puissance qui peut aller de 1000 W
pour une centrale individuelle à 500 MW pour un barrage
d’importance.
Production totale d’énergie hydraulique en France en 2003 varie de 65
à 80 TWh selon l’intensité des pluies.
Centrale solaire thermique
Les rayons du Soleil sont concentrés pour chauffer un
fluide qui en se vaporisant fait tourner une turbine qui fait
tourner un alternateur.
Puissance de l’ordre de quelques MW.
Prototype en France sur le site de Targassonne dans les Pyrénées fut
exploité de 1983 à 1986 (2,5 MW)
La plus grande centrale thermique solaire, en Californie, a une
puissance de 150 MW.
Soleil
eau
Énergie
rayonnante
turbine
Énergie
thermique
Énergie
mécanique
Énergie
mécanique
alternateur
Énergie
électrique
Eau
turbine
Énergie
mécanique
Énergie
mécanique
alternateur
Énergie
électrique
Vent
hélice
Énergie
mécanique
Énergie
mécanique
Énergie
électrique
alternateur

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Centrale photovoltaïque
Une cellule photovoltaïque transforme le rayonnement
solaire directement en électricité. Expérience.
Le 1er Juin 2005 a été inauguré à proximité de Chambéry, la plus
grande centrale photovoltaïque de France.
Elle devrait produire 120 000 kWh par an, dont 80% seraient revendus
à EDF.
Production totale d’énergie photovoltaïque en France en 2003 :
15 GWh (DOM-TOM inclus)
Chez les particuliers, production de 900 à 1200 kWh par an en
métropole et 1400 KWh par an en DOM.
Centrale géothermique
On capte la chaleur de la Terre ou de l’eau chaude provenant
de la Terre afin d’obtenir de la vapeur qui va faire tourner une
turbine qui fait tourner un alternateur.
La géothermie (du grec “Gê”, la terre, et “Thermie”, la chaleur) consiste
à capter la chaleur de la croûte terrestre pour produire du chauffage ou de
l’électricité.
Une centrale en France à Bouillante en Guadeloupe d’une puissance de
15 MW, elle a produit 20 GWh en 2004.
Centrale thermique
La combustion de combustibles fossiles (ou de biomasse)
permet de chauffer de l’eau, de la vaporiser, la vapeur fait
ensuite tourner une turbine qui fait tourner un alternateur.
Les centrales thermiques en France ont des puissances variant de 100 MW
à 700 MW.
Production d’énergie thermique fossile en France en 2003 : 56,5 TWh.
En Guadeloupe et à La Réunion, la biomasse est utilisée.
Schéma complet page 156 du livre
Centrale nucléaire
Une réaction nucléaire dégage de la chaleur qui va permettre
de vaporiser de l’eau, la vapeur obtenue fait tourner une
turbine qui fait tourner un alternateur.
Les réacteurs en services en France ont des puissances de 900 W,
1300 MW et 1450 MW.
Production d’énergie nucléaire en France en 2003 : 441 TWh
Cellule photovoltaïque
Gisement
géothermique
turbine
Énergie
mécanique
Énergie
mécanique
alternateur
Énergie
électrique
fluide
Énergie
thermique
Uranium
eau
Énergie
nucléaire
turbine
Énergie
thermique
Énergie
mécanique
Énergie
mécanique
alternateur
Énergie
électrique
Combustible
fossile
eau
Énergie
chimique
turbine
Énergie
thermique
Énergie
mécanique
Énergie
mécanique
alternateur
Énergie
électrique
Soleil
Cellule
photovoltaïque
Énergie
rayonnante
Énergie
électrique

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2.2. Mode de fonctionnement des centrales
Quel est le principe commun à toutes les centrales électriques ?
Une centrale électrique fonctionne grâce à :
 un réservoir d’énergie dite primaire qui sera transformée en énergie mécanique,
 une turbine qui possède de l’énergie mécanique du fait de son mouvement de rotation (sauf
centrale éolienne et photovoltaïque),
 un alternateur qui convertit l’énergie mécanique de la turbine en énergie électrique.
nucléaire
chimique
rayonnante
mécanique
Source d’énergie
primaire
Convertisseur
d’énergie
primaire
Turbine
alternateur
Transformateur
Énergie
électrique
Énergie
thermique ou
mécanique
Énergie
mécanique
Énergie
électrique