Programme

Enseignement scientifique — Le futur des énergies

Optimisation du transport de l'électricité

Réseau électrique, pertes en ligne (P=RI²), transformateur, haute tension, effet Joule, smart grid

Résumé synthétiqueFiche en 4 sectionsQuiz de 10 questionsGratuit, sans pub

Résumé

Le transport de l'électricité sur de grandes distances entraîne des pertes par effet Joule dans les câbles : la puissance dissipée est $P_\text{pertes} = R \times I^{2}$ (loi de Joule), où $R$ est la résistance du câble et $I$ l'intensité du courant. Pour transporter une même puissance $P = U \times I$, augmenter la tension $U$ permet de diminuer l'intensité $I$, et donc de réduire considérablement les pertes (qui varient en $I^{2}$). C'est pourquoi l'électricité est transportée en très haute tension ($225\,000\ \mathrm{V}$ ou $400\,000\ \mathrm{V}$ en France) sur les lignes à haute tension, puis abaissée par des transformateurs successifs jusqu'à $230\ \mathrm{V}$ pour les habitations. Un transformateur est constitué de deux bobines enroulées autour d'un noyau de fer ; le rapport des tensions est égal au rapport du nombre de spires : $\dfrac{U_2}{U_1} = \dfrac{N_2}{N_1}$. Les réseaux intelligents (smart grids) optimisent la gestion du réseau en temps réel grâce aux technologies numériques, intégrant production décentralisée, stockage et pilotage de la demande.

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Questions fréquentes

Les points clés à retenir sur Optimisation du transport de l'électricité, extraits du quiz de révision.

La formule des pertes par effet Joule est :
Réponse :
$P = R \times I^{2}$
Les pertes par effet Joule dans un câble sont $P_J = R \times I^{2}$, où $R$ est la résistance du câble (en $\Omega$) et $I$ l'intensité du courant (en $\mathrm{A}$). C'est pourquoi on cherche à minimiser $I$ pour réduire les pertes.
Pour réduire les pertes en ligne, il faut :
Réponse :
Augmenter la tension
Pour une même puissance $P = U \times I$, augmenter la tension $U$ permet de diminuer l'intensité $I$. Comme les pertes varient en $I^{2}$ ($P_J = R \times I^{2}$), doubler la tension divise les pertes par $4$. D'où le transport en haute tension.
La très haute tension utilisée en France pour le transport est de :
Réponse :
$400\,000\ \mathrm{V}$
En France, l'électricité est transportée en très haute tension : $400\,000\ \mathrm{V}$ ($400\ \mathrm{kV}$) ou $225\,000\ \mathrm{V}$ ($225\ \mathrm{kV}$). Elle est ensuite progressivement abaissée par des transformateurs jusqu'à $230\ \mathrm{V}$ pour les habitations.
Le rapport de transformation d'un transformateur est :
Réponse :
$\dfrac{U_2}{U_1} = \dfrac{N_2}{N_1}$
Le rapport de transformation est $\dfrac{U_2}{U_1} = \dfrac{N_2}{N_1}$, où $N_1$ et $N_2$ sont les nombres de spires des bobines primaire et secondaire. Si $N_2 > N_1$, la tension est élevée ; si $N_2 < N_1$, elle est abaissée.