Groupe électrogène Un groupe électrogène est un

Groupe électrogène
Un groupe électrogène est un dispositif autonome capable de produire de l'électricité. La plupart des groupes sont constitués
d'un moteur thermique qui actionne un alternateur. Leur taille et leur poids peuvent varier de quelques kilogrammes à plusieurs
dizaines de tonnes. La puissance d'un groupe électrogène s'exprime en VA (voltampère), kVA (kilo voltampère) ou MVA
(méga voltampère) selon la puissance. Les unités les plus puissantes sont mues par des turbines à gaz ou de gros moteurs
Diesel.
Utilisation
Les groupes électrogènes sont utilisés soit dans les zones que le réseau de distribution électrique ne dessert pas, soit pour
pallier une éventuelle coupure d'alimentation électrique. Dans le deuxième cas, ils sont alors souvent utilisés en complément
d'une alimentation sans interruption constituée d'une batterie d'accumulateurs qui alimente un onduleur. Ces dispositifs sont
généralement utilisés dans des situations où l'interruption de l'alimentation électrique entraîne des conséquences graves ou des
pertes financières, par exemple dans les hôpitaux, l'industrie, les aéroports, les centres informatiques, etc.
Fonctionnement : Ils fonctionnent à partir de tous les carburants. Les plus fréquents sont l'essence, le gazole, le gaz naturel,
le GPL, les biocarburants et pour les plus puissants le fioul lourd.
Le groupe peut être mis en fonctionnement de différentes manières : manuellement, électriquement ou grâce à l'air comprimé,
selon la puissance.
Le rendement : le rendement des groupes électrogènes croît avec leur puissance, mais reste limité au maximum que permet
le cycle de Carnot, duquel doivent être soustraites les pertes mécaniques et électriques dans l'alternateur et la transmission. En
particulier, les groupes de puissance modérée se caractérisent par un médiocre rendement et une consommation élevée.
Par exemple, pour un produit commercial qui délivre 5 500 W, mû par un moteur à essence de 9,55 kW qui consomme
environ 2,5 L de carburant à l'heure lorsqu'il est utilisé à 2/3 de sa puissance nominale (soit 3 600 W) : compte tenu des pertes
thermiques inévitables dans les moteurs à combustion interne, il en résulte un rendement n'excédant pas 16 % du pouvoir
calorifique du carburant.
Régulation
Un groupe électrogène moderne est équipé de deux régulations. La tension de sortie est stabilisée (par exemple : 230 V) par un
dispositif électronique qui agit sur l'alternateur. La vitesse de rotation du moteur et donc de l'alternateur doit aussi rester
constante afin de garantir constantes la fréquence et la tension de sortie (50 Hz en Europe). Cette régulation se fait grâce à un
dispositif centrifuge analogue au régulateur à boules de James Wattqui commande directement le carburateur ou de la pompe
d'injection. Un dispositif à induction fondé sur les courants de Foucault tel que celui qui équipe les anciens indicateurs de
vitesse des automobiles, ou un système électronique peuvent encore remplir cette fonction.
Technologie à onduleur
Depuis une dizaine d'années, il existe un nouveau type de groupe électrogène (dit inverter) qui fonctionne de manière
particulière ; alors que les groupes électrogènes classiques utilisent directement les sorties d'un alternateur monophasé ou
triphasé synchrone pour produire de l'énergie, cette technologie utilise un onduleur alimenté par le groupe électrogène, utilisant
un alternateur triphasé, à excitation variable commandée par un régulateur électronique. Ce régulateur est programmé pour
produire l'excitation nécessaire afin de délivrer la puissance requise pour alimenter l'onduleur. Le courant triphasé produit est
redressé en courant continu puis transformé encourant alternatif par l'onduleur. Cette technique présente plusieurs avantages
par rapport aux générateurs classiques :
la fréquence et la tension du courant de sortie du groupe ne sont plus dépendantes du régime du moteur, ce qui lui permet de
tourner à régime ralenti, si la puissance demandée est faible, ce qui réduit la consommation de carburant et le bruit ;
si nécessaire, une batterie tampon fournit la puissance requise en cas d'augmentation brutale de la demande en électricité ;
la fréquence et la tension de sortie sont beaucoup plus précises (ajustée des milliers de fois par seconde par
le microprocesseur, dans le cas d'une régulation numérique, de l'ordre de la seconde pour une régulation mécanique simple)
diminution drastique du bruit d'opération, surtout lorsque la demande est faible
Fonctionnement sécuritaire pour les appareils électriques sensibles, tel que les ordinateurs mais surtout les appareils médicaux
et les instruments de précisions.
Groupe électrogène temps zéro (GTZ)
Il existe également des groupes électrogènes dits « temps zéro » (GTZ) ou groupes no-break. À la différence des groupes
électrogènes classiques, ces groupes temps zéro ont un alternateur branché sur le réseau électrique, et en rotation
permanente, qui alimente la charge alors que le moteur thermique (Diesel) est à l'arrêt lorsque le secteur est présent. En cas de
creux de tension d'alimentation ou de coupure brève, le GTZ dispose d'une réserve d'énergie (batterie électrochimique ou
accumulateur cinétique) qui permet de continuer à maintenir la rotation de l'alternateur (et donc de continuer à alimenter la
charge). En cas de coupure plus longue, le moteur Diesel est démarré à vide (car l'alternateur est déjà en rotation), lorsqu'il
atteint la vitesse nominale, un embrayage à roue libre ou électromagnétique se ferme et, en assurant le couplage du moteur
thermique à l'alternateur, permet la reprise de charge tandis qu'un contacteur isole l'alternateur du réseau. Le fonctionnement
est alors celui d'un groupe électrogène classique, à la différence que la réserve d'énergie dont dispose le GTZ (cinétique ou
électrochimique) permet d'assurer une meilleure qualité d'alimentation puisqu'elle vient en renfort du moteur thermique en cas
d'impact de charge, limitant ainsi les variations de fréquence.
Il existe deux principaux types de groupes temps zéro :

les plus anciens, dont la conception remonte aux années 1970 et 1980, utilisent un accumulateur cinétique horizontal sur
un arbre commun au moteur Diesel et à l'alternateur. L’accumulateur cinétique est relié via un embrayage au Diesel. En
cas de coupure électrique, l'accumulateur cinétique est couplé inductivement par impulsion à l'axe de rotation et entraîne
ainsi mécaniquement l'alternateur qu'il maintient à la bonne fréquence. Le transfert d’énergie est unidirectionnel et une
diminution brutale de charge entraîne une accélération du Diesel. Ces systèmes n'offrent pas la possibilité d'utiliser des
batteries comme réserve d'énergie et sont, du fait de l'autonomie limitée des accumulateurs cinétiques horizontaux,
exposés à des démarrages Diesel « de précaution » à chaque défaut secteur (creux de tension ou coupure) de quelques
dizaines de millisecondes ;

les plus récents, dont la conception remonte à la fin des années 1990, sont appelés « GTZ hybrides ». Dans ce schéma
c’est l'alternateur qui est couplé via un embrayage roue-libre au Diesel. La réserve d'énergie qui peut être soit une batterie
électrochimique, soit un accumulateur cinétique vertical, est en armoire. Elle maintient électriquement l'alternateur en
rotation (et donc l'alimentation de la charge) en cas de coupure. Avec un accumulateur cinétique vertical l’autonomie est
suffisante pour ne pas avoir à démarrer le Diesel si le défaut ne dure que quelques secondes ce qui élimine les
démarrages dus à des défauts transitoires et limite donc fortement la pollution due au Diesel. Avec batterie, le démarrage
du Diesel peut être temporisé plusieurs minutes. Dans le cas des GTZ hybrides à accumulateur cinétique le flux d’énergie
est bidirectionnel : l’accumulateur d’énergie vient en assistance au Diesel et lisse les impacts de charge, la fréquence
reste constante même en cas de baisse de charge brutale.
Centrale de cogénération.
La centrale de pointe permet de répondre rapidement aux déséquilibres importants qui apparaissent entre la
production et la consommation d’électricité, du fait par exemple de pics de froid, ou de variations du vent dont
dépend la production éolienne. Ces centrales sont indispensables au système électrique. Leur exploitation nécessite
non seulement un savoir-faire technique mais aussi une maitrise des mécanismes de marché.
Le type de turbine définit alors le type de centrale :
Une turbine à vapeur, dans une centrale thermique (à combustible fossile ou nucléaire) ;
Une turbine à combustion (communément, mais improprement appelée turbine à gaz), dans une centrale thermique
Une turbine hydraulique, dans une centrale hydroélectrique ou une centrale marémotrice
Une éolienne est aussi une sorte de turbine.
Les centrales thermiques englobent :
les centrales nucléaires ;
les centrales géothermiques ;
les centrales à flamme qui elles-mêmes comprennent :
1.
les centrales conventionnelles dans lesquelles un combustible fossile (charbon, fioul, gaz naturel...) est brûlé dans
une chaudière pour produire la vapeur surchauffée alimentant la turbine ;
2.
les centrales à lit fluidisé dans lesquelles un combustible fossile (charbon, déchets fossiles...) est brûlé en suspension
dans l'air au dessus d'une grille;
3.
les centrales à turbine à combustion, à simple cycle, brûlant généralement du gaz, parfois du fioul (léger ou lourd
réchauffé) ;
4.
les centrales à cycle combiné, brûlant les mêmes combustibles que les simple cycles, mais avec un bien meilleur
rendement grâce à l'adjonction d'une chaudière de récupération et d'une turbine à vapeur.
L'énergie électrique est obtenue par conversion de l'énergie mécanique produite par une turbine, un moteur à gaz ou une
turbine à vapeur. Cette conversion est obtenue en couplant une dynamo (courant continu) ou un alternateur (courant alternatif)
à la turbine.
Le rendement de conversion mécanique/électrique est d'environ 98 %. L'essentiel des pertes se fait donc sur la conversion
thermique-mécanique, la cogénération permettant d’améliorer le rendement global de l'installation.
BIOGAZ
La dégradation des matières organiques produit des gaz chargés de méthane. Ce processus se produit par exemple
avec les déchets ménagers ou agricoles et durant certains traitements d'effluents industriels. Le méthane présente
un potentiel d’effet de serre environ 25 fois plus important que le CO2 sur un siècle.
Le biogaz est le gaz produit par la fermentation de matières organiques animales ou végétales en l'absence d'oxygène. Cette
fermentation appelée aussi méthanisation se produit naturellement (dans les marais) ou spontanément dans
les décharges contenant des déchets organiques, mais on peut aussi la provoquer artificiellement dans des digesteurs (pour
traiter des boues d'épuration, des déchets organiques industriels ou agricoles, etc.).
Le biogaz est un mélange composé essentiellement de méthane (typiquement 50 à 70 %) et de dioxyde de carbone (CO2),
avec des quantités variables de vapeur d'eau, et de sulfure d'hydrogène (H2S). On peut trouver d'autres composés provenant
de contaminations, en particulier dans les biogaz de décharges 1.
L'énergie du biogaz provient uniquement du méthane : le biogaz est ainsi la forme renouvelable de l'énergie fossile très
courante qu'est le gaz naturel qui, lui, contient essentiellement du méthane mais aussi du butane, dupropane et d'autres
éléments.
Le biogaz peut être épuré pour en extraire le dioxyde de carbone et le sulfure d'hydrogène: on obtient ainsi du biométhane que
l'on peut injecter dans le réseau de distribution ou de transport du gaz naturel. Le procédé de raffinage en biométhane est
toutefois sophistiqué et reste assez coûteux2 mais présente une grande marge de progrès. C'est une des sources
renouvelables d'énergie intéressant la transition énergétique, et en France la feuille de route de la Conférence
environnementale de septembre 2012 prévoit la préparation d’un plan national biogaz, prolongeant le « projet agroécologique »3 lancé en décembre 2012, incluant un plan énergie Méthanisation Autonomie Azote (EMAA, lancé le 29 mars
2013).
On distingue trois plages de production de biogaz en fonction de la température.

15-25 °C : psychrophile

25-45 °C : mésophile

45-65 °C : thermophile
Ce sont les digesteurs mésophiles qui sont les plus utilisés (à 38 °C) dans les zones tempérées.
La récupération du biogaz produit par les décharges est doublement intéressante car le méthane libéré dans l’atmosphère est
un gaz à effet de serre bien plus puissant que le dioxyde de carbone (CO2) produit par sa combustion.
Biomasse
LA combustion de matières organiques, déchets agricoles ou forestiers, …, permet de produire de l’électricité et de
la chaleur utilisable pour du chauffage ou des process industriels. La source de ces combustibles se régénère, faisant
de ce procédé une source d’énergie durable.
Dans le domaine de l'énergie, et plus particulièrement des bioénergies, le terme de biomasse désigne l'ensemble des matières
organiques d'origine végétale (algues incluses), animale ou fongique (champignons) pouvant devenir source d'énergie par
combustion (ex : bois énergie), après méthanisation (biogaz) ou après de nouvelles transformations chimiques (agrocarburant).
La biomasse est aujourd'hui la deuxième source d'énergie renouvelable en France, après l'énergie hydraulique. En 2009, la
France a produit 11 984 ktep à partir de biomasse (bois énergie, biocarburants, biogaz et agrobiomasse) contre
seulement 667 ktep éoliens et 66 ktep solaires1. Cette filière, correspondant à des objectifs de développement durable, est en
développement rapide.
L'énergie tirée de la biomasse est considérée comme une énergie renouvelable et soutenable tant qu'il n'y a
pas surexploitation de la ressource, mise en péril de la fertilité du sol et tant qu'il n'y a pas de compétition excessive pour
l'usage des ressources (terres arables, eau, etc), ni d'impacts excessifs sur la biodiversité, etc. De plus, bien que présentant de
nombreux avantages écologiques et en termes de développement local, elle peut être polluante (CO, CO2, fumées, goudrons)
si mal utilisée ou si la biomasse utilisée est polluée par des métaux lourds, radionucléides, etc. (sachant que les ressources
fossiles sont également naturellement contaminées par des métaux, souvent plus que le bois).
Comme dans le cas des ressources fossiles, il s'agit d'une forme de stockage de l'énergie solaire par l'intermédiaire du carbone,
provenant originellement du CO2 capté par les plantes ou le phytoplancton. En brûlant, elle libère ce CO2, comme le charbon, le
gaz ou le pétrole, mais ce carbone a récemment été extrait de l'atmosphère via la photosynthèse et peut être à nouveau capté
par les plantes, alors que ce processus a eu lieu il y a des millions d'années pour les ressources fossiles et que les plantes et
algues marines ne suffisent plus à absorber le carbone issu des hydrocarbures fossiles. La biomasse peut être tirée de la
nature ou cultivée (agrocarburants, agrocombustibles2)
La biomasse est utilisée par l'Homme depuis qu'il maîtrise le feu. Elle reste la première énergie renouvelable utilisée dans le
monde, pour le chauffage et la cuisson des plats de cuisine, mais essentiellement dans les pays peu industrialisés. L'énergie
tirée de la biomasse intéresse à nouveau les pays riches confrontés au dérèglement climatique et à la perspective d'une crise
des ressources en hydrocarbures fossiles. C'est une filière en développement rapide, y compris sous des formes industrielles
avec les agrocarburants et le bois énergie à usage industriel.
Avec 30,7 % du total mondial, les États-Unis sont le premier producteur d'électricité à partir de la biomasse, devant
l'Allemagne et le Brésil (7,3 %)3.
Dans l'absolu, le bilan quantitatif CO2 d'une installation est nul quand toute l'énergie qu'il a fallu dépenser pour extraire du
combustible de la biomasse provient elle aussi de la biomasse. En régime industriel établi, il est possible d'utiliser de la
biomasse pour le fonctionnement de l'installation, en veillant à ne pas libérer d'autres gaz à effet de serre, comme le méthane
(CH4) notamment qui a un pouvoir réchauffant environ 21 fois plus important que le CO 2 à court terme, mais qui disparait plus
vite que celui-ci. Une fuite sérieuse dans une installation de méthanisation rendrait son bilan GES très négatif.
Son introduction dans les systèmes énergétiques contribue à réduire (en termes de bilan global) les émissions de gaz à effet de
serre, voire à restaurer certains puits de carbone (semi-naturels dans le cas des boisements et haies exploités).
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