Maîtres chez nous

Guide de l’élève
« Maîtres chez nous » :
Incursion chez Hydro-Québec
Alexandre April
Olivier Tardif-Paradis
Mathieu Riopel
Cégep Garneau
Source : Alexandre April

APP/Guide de l’élève/« Maîtres chez nous » : Incursion chez Hydro-Québec 2
Hydroélectricité au Québec : un projet émancipateur
pour les Québécois francophones
On le sait, l’hydroélectricité est la principale source d’énergie des Québécois. Ce qu’on sait peut-être
moins, c’est que l’exploitation de l’hydroélectricité est au cœur de l’affirmation du savoir-faire
technologique des Québécois francophones. Hydro-Québec, société d’État de la province depuis 1944, a
grandement contribué à la Révolution tranquille dans les années 1960. C’est à cette époque que les
mentalités changent au Québec et que les Québécois francophones, qui décrochaient jusqu’alors des
postes de simples exécutants, occupent maintenant des postes de dirigeants, et ce, en imposant sans
ménagement leur langue de travail : le français. Il ne fait aucun doute que le projet de la Manic-Outardes,
amorcé en 1959, reste le symbole de l’éveil du peuple québécois.
Au début des années 1950, Hydro-Québec est une petite société d’État dont les activités se limitent à la
grande région de Montréal. Dans les autres régions du Québec, l’électricité est distribuée par quelques
entreprises privées (la Shawinigan Water and Power et la Quebec Power, par exemple) qui sont plus
occupées à maximiser les profits de leurs actionnaires qu’à collaborer pour desservir l’ensemble des
Québécois en électricité. En 1952, le gouvernement de Maurice Duplessis annonce qu’Hydro-Québec se
dotera de deux nouvelles centrales hydroélectriques, installées sur la Côte-Nord. Toutefois, la réalisation
de ces imposantes constructions est sous la responsabilité d’experts ontariens et américains; en effet, les
Canadiens français de l’époque sont absents du monde de la technologie et ils n’ont pas les
compétences requises pour occuper des postes importants à Hydro-Québec.
Une fois ces deux projets d’importance complétés, les besoins énergétiques au Québec sont comblés, mais
pas pour longtemps. La demande en énergie devient encore plus grande, dans un Québec en train de se bâtir.
Face à ce Québec en expansion, de plus en plus industrialisé, mais en retard du point de vue énergétique, il
devient évident qu’il faut construire de nouveaux ouvrages hydroélectriques pour répondre à la demande en
électricité. En 1959, le premier ministre Daniel Johnson annonce que la production d’électricité au Québec sera
doublée grâce au projet Manic-Outardes, ouvrage dont Hydro-Québec a le plein contrôle. Ce projet sera
l’occasion pour les Québécois francophones d’amorcer un changement de mentalités et de s’affirmer en tant
que spécialistes en technologie. En effet, la société d’État commence à faire confiance à de jeunes ingénieurs
québécois francophones novices, qui commenceront également à occuper des postes de dirigeants,
remplaçant ainsi une génération plus âgée d’anglophones plus expérimentés.
Le vent de changement s’amorce. Le Québec entre dans une décennie
cruciale pour son développement : c’est le début de la Révolution tranquille.
D’une hauteur correspondant à celle d’un édifice de 42 étages, le projet de la
Manic-5 est à l’époque le plus grand barrage à voûtes multiples au monde
(fig. 1) : un défi colossal pour les jeunes ingénieurs québécois francophones!
Pour bon nombre d’entre eux, ce grand chantier est une école où ils
apprendront leur métier. En ce sens, on peut affirmer qu’Hydro-Québec a été
un acteur majeur dans l’émancipation du peuple québécois francophone qui a
compris que, lui aussi, il peut réaliser des prouesses inégalées et multiplier
les premières mondiales. En matière d’hydroélectricité, le génie québécois se
hisse au rang de référence planétaire.
A-t-on raison d’être fiers du génie québécois en matière d’hydroélectricité? Apprécie-t-on à sa juste
valeur la complexité du réseau électrique québécois? Quels sont les enjeux techniques et les
problématiques technologiques rencontrés dans la production, le transport et la distribution de
l’électricité? Plus fondamentalement, comment l’hydroélectricité est-elle produite? Pour quelle raison la
transporte-t-on sur des lignes dites à haute tension? Si elle nous parvient à haute tension, pourquoi
l’électricité qui entre dans nos maisons ne représente-t-elle pas un danger pour les usagers? Pour
répondre à ces questions, il faut comprendre comment l’hydroélectricité est générée, transportée et
distribuée au Québec. À la manière d’une visite guidée chez Hydro-Québec, ce problème vous propose
une incursion dans la société d’État à travers différents thèmes (la génératrice, les lignes de transmission
et le transformateur), laquelle vous permettra de répondre à ces questions qui, en tant que citoyen et
élève en sciences de la nature, qui plus est, sont importantes et pertinentes.
Fig. 1.
Source : Barrage Daniel-Johnson
de Manic 5. Pierre cb. (Wikimedia
Commons)

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Réseau électrique : une vue d’ensemble
Une fois produite, l’énergie électrique effectue un long parcours, de la centrale aux habitations, aux commerces
et aux industries (fig. 2). L’électricité est générée dans la centrale et elle est transportée aux consommateurs
par des lignes de transmission. Durant le parcours de l’électricité dans le réseau électrique, la valeur de la
différence de potentiel est modifiée grâce à des transformateurs (survolteurs ou dévolteurs).
Une centrale hydroélectrique utilise la force motrice de l’eau pour faire tourner une turbine, ce qui permet
ultimement la rotation d’un générateur au sein duquel est générée l’électricité en exploitant le phénomène
de l’induction électromagnétique. L’énergie potentielle gravitationnelle de l’eau au niveau de la prise
d’eau est convertie, au fur et à mesure que l’eau s’écoule dans la conduite forcée, en énergie cinétique
au niveau du canal de fuite. En rencontrant les pales de la turbine, l’eau exerce une force sur elles, ce qui
met la turbine en rotation (fig. 3). La construction de barrages permet d’augmenter la hauteur de la chute
d’eau, ce qui augmente par le fait même la force motrice de l’eau sur la turbine.
Ce problème se divise en trois parties. Dans un premier temps, on étudiera la production de l’électricité à
l’aide du générateur. Ensuite, on examinera le transport de l’électricité au moyen de lignes à haute
tension. Enfin, on explorera le fonctionnement du transformateur, qui permet d’élever ou d’abaisser la
valeur de la différence de potentiel en différents points le long des lignes de transmission.
Fig. 2 – Réseau électrique. La tension électrique générée dans la centrale électrique est d’abord élevée dans le transformateur
de transport, puis l’électricité est transportée dans les lignes à haute tension. Enfin, ta tension électrique est abaissée une
première fois dans le transformateur de répartition, puis une seconde fois dans le transformateur de distribution avant de l’être,
une dernière fois, aux abords des maisons dans les transformateurs qu’on retrouve juchés au sommet de certains poteaux
d’électricité.
Source : Alexandre April
Fig. 3 – Centrale hydroélectrique. À partir de la prise d’eau, l’eau s’écoule le long de la conduite forcée pour finalement exercer
une force sur les pales de la turbine. La rotation de cette dernière entraîne le mouvement du générateur, où l’électricité est
produite et dirigée par le transformateur de transport (non illustré).
Source : Alexandre April

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Cycle en trois étapes
Énumérez toutes les informations pertinentes que vous avez recueillies en lisant le problème. D’après
ces informations, indiquez ce que vous devez savoir pour le résoudre. À mesure que vous découvrirez de
nouvelles informations, vous voudrez résumer et mettre à jour les informations pertinentes que vous avez
recueillies et poser de nouvelles questions.
Énumérez les éléments suivants :
Ce que nous savons
À déterminer
Résumé

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1. Génératrice
Comment la force motrice de l’eau est-elle convertie en électricité que nous pouvons utiliser pour
alimenter nos appareils électriques? Les centrales hydroélectriques actuelles sont extrêmement
performantes avec un rendement de plus de 98 % et, cela, à très haute puissance. On comprend donc
que les génératrices ont connu une grande évolution technologique depuis la découverte de l'induction
électromagnétique par Faraday en 1831. Malgré tout, l’ancêtre des génératrices actuelles, la machine de
Pixii, utilisait déjà les principes à la base de la production d'électricité. En 1832, le fabricant d'instruments
Hippolyte Pixii (1808-1835) a mis au point une machine où un aimant tournait devant deux bobines fixes :
ce dispositif produisait dans les bobines un courant alternatif, qui changeait de sens à une fréquence liée
à la vitesse de rotation. Ainsi, analyser le mouvement de rotation d’un aimant à proximité d’une bobine
permet de comprendre le principe de base du fonctionnement des immenses génératrices des centrales
hydroélectriques d'Hydro-Québec (qui sont en pratique bien plus sophistiquées, avec l’utilisation de
multiples bobines et de nombreux pôles magnétiques, la production d’un courant dit triphasé, etc.).
Modélisons une génératrice géante (du même type que la machine de
Pixii) par un système plus simple et plus facile à analyser (fig. 4).
Supposons que le rotor (c’est-à-dire l’aimant en rotation) produit un
champ magnétique uniforme dont le module vaut 0,1 T et dont
l’orientation varie dans le temps t avec une vitesse angulaire
ω = 120π rad/s constante. Représentons le stator (c’est-à-dire la bobine
de fil statique) par un cadre métallique rectangulaire constitué de
N = 259 spires de longueur a = 2 m et de largeur b = 1 m. En général, le
champ magnétique fait un angle θ avec la normale au cadre métallique.
On considère que θ = 0° lorsque t = 0.
Comment de l’électricité peut-elle être produite à l’aide du système
illustré ci-contre? Examinons de plus près ce système avec les lois de
l’électromagnétisme.
Questions
1) Qu'est-ce qu'un flux magnétique? Nommez trois situations dans lesquelles on pourrait faire varier
le flux magnétique.
2) Dans le système illustré ci-dessus, le flux magnétique traversant le cadre métallique varie-t-il
dans le temps? Si oui, quel facteur provoque une variation temporelle du flux magnétique?
3) Écrivez l’expression du flux magnétique traversant le cadre métallique en fonction du temps.
Fig. 4
Source : Alexandre April