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AL Les sources d’énergie cours AL-3 transport d’énergie
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1- Adaptation du niveau de tension :
La production et la distribution électrique sont réalisées très souvent avec des grandeurs alternatives
sinusoïdales en haute tension
(quelques dizaines de kV). Il est donc
nécessaire d’adapter les niveaux de
tension.
Cette adaptation est réalisée grâce à
des transformateurs monophasés ou
triphasés.
Le principe de l'induction
électromagnétique est découvert
indépendamment par Michael Faraday
et Joseph Henry en 1831. Mais
Faraday ayant publié le premier ses
résultats expérimentaux, le crédit de la
découverte lui revient.
La relation entre la force
électromotrice, qui est homogène à une tension, et le flux magnétique est formalisée dans la « Loi de
Faraday », soit :
𝑼𝟏= 𝑵𝟏
𝒅𝜱
𝒅𝒕
Dans laquelle :
• U1 est l'amplitude de la force électromagnétique en volts ;
• 𝜱 est le flux magnétique dans le circuit exprimé en webers.
Analyser
Modéliser
Résoudre
Expérimenter
Concevoir
Réaliser
Communiquer
Proposer un modèle de connaissance et de comportement
%
Savoirs faires associés
§
bilan
Associer un modèle aux constituants d’une chaîne d’énergie
1, 2
Identifier et caractériser les grandeurs physiques agissant sur un système
%
Savoirs faires associés
§
bilan
Décrire les évolutions temporelles ou fréquentielles des grandeurs dans les chaînes d’énergie
1, 2
Analyser
Modéliser
Résoudre
Expérimenter
Concevoir
Réaliser
Communiquer
Choisir une démarche de résolution
%
Savoirs faires associés
§
bilan
Proposer une méthode de résolution permettant la détermination des courants, des tensions et des
puissances échangées
1, 2
Cours
Cours AL 3
TSI1
TSI2
Alimenter : Transport d'énergie
X
Période
Le transport de l'énergie électrique
1
2
3
4
5
Cycle 6 :
Alimenter en énergie
Durée :
4 semaines
X

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Le transformateur est un appareil statique à induction électromagnétique destiné à adapter les niveaux de
tension de même fréquence.
Il est analogue à un engrenage en mécanique (le couple sur chacune des roues dentées étant l'équivalent
de la tension et la vitesse de rotation étant l'équivalent du courant).
L'énergie est transférée du primaire au secondaire par l'intermédiaire du circuit magnétique que constitue
la carcasse du transformateur. Ces deux circuits sont alors magnétiquement couplés. Ceci permet de
réaliser un isolement galvanique entre les deux circuits.
Remarque : un transformateur ne fonctionne que pour des signaux alternatifs sinusoïdaux
La grandeur caractéristique d’un transformateur est sa puissance apparente S.
S = U1.I1 = U2.I2
Si l’on adopte le modèle du transformateur monophasé parfait (pas de pertes), on définit une grandeur
appelé rapport de transformation noté m tel que :
𝒎 = 𝑼𝟐
𝑼𝟏 = 𝑰𝟏 𝑰𝟐 = 𝑵𝟐 𝑵𝟏
Si m < 1, on parle d’un transformateur abaisseur de tension (élévateur de courant) ;
Si m > 1, on parle d’un transformateur élévateur de tension (abaisseur de courant) ;
Si m = 1, on parle d’un transformateur d’isolement.
Le transformateur d'isolement est uniquement destiné à créer un isolement électrique entre plusieurs
circuits pour des raisons de sécurité ou de résolution de problèmes techniques.
Ils sont très utilisés dans les blocs opératoires, par exemple un « transformateur par salle d'opération »,
pour qu'un défaut dans une des salles n'entraîne pas un arrêt ou une gêne dans une autre.
Caractéristiques des transformateurs :
- Monophasé ou triphasé ;
- Tension primaire / tension secondaire ;
- Puissance apparente S en VA.
- Puissance de court circuit en W.
2- Le réseau électrique:
2.1-Organisation globale :
Les réseaux de production d'énergie électrique sont organisés grossièrement suivant le schéma ci-
dessous :
La production consiste à utiliser des énergies diverses de manière à faire tourner des alternateurs qui
produisent des tensions et des courants électriques triphasés. On distingue ainsi des centrales de
production : thermiques, nucléaires, hydrauliques, éoliennes, photovoltaïques, géothermiques, etc. Les
avantages et inconvénients de chaque type proviennent principalement de la facilité d'exploitation et
d'entretien des ressources, de leur "renouvabilité" et surtout du rendement de la transformation d'énergie.
La distribution consiste à acheminer la tension produite par des lignes ou des câbles jusque chez les
consommateurs tout en réalisant le moins de pertes possibles. Considérons une ligne de distribution
d'énergie électrique qu'on modélise par une résistance R censée dissiper une certaine puissance perdue
Pr.

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La puissance perdue lors de la distribution, Pr, est d'autant plus petite que la tension U est grande, voilà
pourquoi on achemine l'énergie électrique à Haute Tension (HTA de 20kV à 90kV) et Très Haute
Tension (400kV). Le transport de l'énergie électrique se fait donc graduellement à des tensions d'autant
plus grandes que la ligne est longue et qu'elle véhicule une grande puissance. L'outil permettant d'élever et
de rabaisser la tension est naturellement le transformateur triphasé.
La consommation représente l'ensemble des utilisateurs de l'énergie électrique. Cet ensemble est très
diversifié et se répartit sur des échelles de tensions de 230V à 20kV et des courants de quelques mA à
quelques kA.
2-2 Nature de la tension :
2-2-1 Comparaison continu / alternatif :
Les tensions et les courants présents sur le réseau sont sinusoïdaux à une fréquence fixe de 50Hz (60Hz
aux USA, au Canada, en Angleterre).
En effet, les tensions alternatives possèdent de nombreux avantages (adaptation du niveau de tension,
coupure du courant par le passage naturel par zéro deux fois par période, production directe par
alternateur) par rapport aux inconvénients des tensions continues (difficulté de couper les courants
continus, conversion finale laborieuse, pertes dues à l’impossibilité d’élever en très haute tension).
Cependant, les tensions sinusoïdales présentent également des inconvénients tels que les effets inductifs
et capacitifs tout au long du réseau, l’effet de peau, la difficulté d’interconnexion.
Les décisions industrielles se font essentiellement par rapport aux contraintes de coût. Il est alors
nécessaire de tenir compte du graphe ci dessous qui représente qualitativement le coût au kilomètre des
installations en courant alternatif et continu en fonction de la longueur de l'installation (dans le cas d’un
transport par lignes aériennes et non par câbles).
En dessous de 500 à 800 km, il est plus avantageux de choisir une tension alternative qui, de plus permet
l’utilisation généralisée de transformateurs et donc de valeurs de tension adaptées à chaque tronçon de
l’installation. Voilà pourquoi la tension du réseau est alternative. En
revanche, dans le cas d’un transport par câbles (éventuellement
souterrains) la distance critique est d’environ 30km, voilà pourquoi, par
exemple, la liaison France-Angleterre est faite en courant continu, ce qui,
de plus, facilite l’interconnexion due au changement de fréquence.
2-2-2 Comparaison distribution sinusoïdale / non sinusoïdale :
Les tensions non sinusoïdales sont composées d'harmoniques de
fréquences multiples de la fréquence fondamentale.
Ces harmoniques s’atténuent fortement le long des lignes à cause de
"l’effet de peau". L'effet de peau est un phénomène physique concernant le
lieu de circulation des courants dans les conducteurs.

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Ces derniers ont tendance à se répartir sur la périphérie des conducteurs, qu'on peut appeler "couronne de
conduction", et ce d'autant plus que la fréquence est élevée.
La conséquence évidente est que plus la fréquence d'un courant est élevée, plus la résistance du
conducteur (R=ρL/S) qui le véhicule est grande. Les composantes harmoniques des courants non
sinusoïdaux s'atténuent fortement le long des lignes du fait des chutes de tension dues aux résistances
équivalentes. Si les centrales produisaient des tensions non sinusoïdales, il ne subsisterait que la
sinusoïde fondamentale au bout de quelques dizaines de kilomètres de lignes, le contenu harmonique
perdu représentant de la puissance fournie pour rien.
De façon générale, on désire éviter à tout prix la présence de puissance déformante D. De plus, la plupart
des alternateurs génèrent naturellement des tensions sinusoïdales.
La tension du réseau est donc alternative sinusoïdale.
2-3 Le réseau réel :
Le réseau électrique réel est constitué de diverses centrales de productions. Les tensions produites par les
alternateurs sont élevées en HTA (haute tension) puis en HTB (très haute tension) pour être transportées
sur de longues distances. Après cela, on rabaisse la tension dans la gamme des BTB (moyennes tensions)
de façon à alimenter directement des agglomérations ou des industries. Dans chaque quartier, on trouve
des postes de transformation abaisseurs qui délivrent la tension domestique BTA (basse tension : 230V) à
un certain nombre de pôles de consommation.
Il est à noter que les trois phases des lignes de distribution BTB et BTA sont réparties sur l'ensemble des
utilisateurs de façon à équilibrer au maximum le réseau. En effet, il est impératif d'imposer l'équilibre des
courants pour éviter le déséquilibre des tensions inévitable lié à l'absence du neutre sur les lignes hautes
tensions.
On représente le schéma synoptique d'un réseau complet sur le schéma suivant :
Le réseau électrique doit accéder au plus près des lieux de consommation et doit former un ensemble
maillé de telle manière qu'il y ait toujours plusieurs chemins possibles pour relier deux points (distribution
en double dérivation, en coupure d’artère...)
VIII  4) Le réseau réel
Le réseau électrique réel est constitué de diverses centrales de productions. Les tensions
produites par les alternateurs sont élevées en HT (haute tension) puis en THT (très haute
tension) pour être transportées sur de longues distances. Après cela, on rabaisse la tension dans
la gamme des MT (moyennes tensions) de façon à alimenter directement des agglomérations ou
des industries. Dans chaque quartier, on trouve des postes de transformation abaisseurs qui
délivrent la tension domestique BT (basse tension : 230V) à un certain nombre de pôles de
consommation.
Il est à noter que les trois phases des lignes de distribution MT et BT (Feeders) sont réparties
sur l'ensemble des utilisateurs de façon à équilibrer au maximum le réseau. En effet, il est
impératif d'imposer l'équilibre des courants pour éviter le déséquilibre des tensions inévitable
lié à l'absence du neutre sur les lignes HT et THT.
On représente le schéma synoptique d'un réseau complet sur le schéma suivant :
Plusieurs particularités sont à noter :
- Le réseau électrique doit accéder au plus près des lieux de consommation et doit
former un ensemble maillé de telle manière qu'il y ait toujours plusieurs chemins
possibles pour relier deux points.
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