De la plante à la prise de courant.

Les centrales électriques sont souvent éloignées des personnes qui utilisent leur électricité. Les barrages hydroélectriques se trouvent dans les montagnes, les parcs éoliens dans les endroits venteux et les grandes centrales près de l'eau pour le refroidissement. Il faut transporter l'électricité sur des dizaines ou des centaines de kilomètres, et les câbles en perdent une petite partie sous forme de chaleur.

Les formules clés. La puissance électrique est P = V × I, la tension électrique multipliée par l’intensité. Un fil a une faible résistance R, et un courant I qui le traverse dissipe de la puissance sous forme de chaleur :

P_loss = I² × R

Voici l’astuce. Pour transmettre une puissance P fixe, tu peux utiliser une tension électrique élevée et une faible intensité, ou une faible tension électrique et une forte intensité. Comme la perte dépend de I au carré, une faible intensité est largement préférable. Si tu multiplies la tension électrique par 10 et que la puissance reste la même, l’intensité est divisée par 10, et la perte est divisée par 100.

Exemple calculé (droite supposée). Transmettons 100 MW sur une droite dont la résistance totale est de 10 Ω. Il s’agit d’un modèle simplifié à circuit unique, avec une valeur choisie pour l’apprentissage ; les vraies droites triphasées sont plus complexes.

• À 11 kV : I = 100 MW / 11 kV ≈ 9 091 A. Perte = 9,091² × 10 Ω ≈ 826 MW. C’est plus que les 100 MW que tu voulais transmettre : cela ne peut pas fonctionner.
• À 110 kV : I ≈ 909 A. Perte ≈ 909² × 10 ≈ 8,3 MW, soit environ 8 pour cent.
• À 400 kV : I = 250 A. Perte = 250² × 10 = 0,625 MW, soit environ 0,6 pour cent.

C’est pourquoi les longues droites fonctionnent à des tensions électriques de plusieurs centaines de kilovolts.

Comment modifie-t-on la tension électrique ? Avec un transformateur : deux bobines de fil enroulées autour d'un cœur de fer commun. Un courant alternatif dans la première bobine crée un flux magnétique variable, qui induit une force électromotrice dans la seconde bobine. Le rapport des tensions électriques est égal au rapport du nombre de tours : V₂ / V₁ = N₂ / N₁. Un transformateur ne fonctionne qu'avec un flux variable, c'est pourquoi le réseau utilise le courant alternatif (AC). (Pour certaines lignes très longues ou sous-marines, on utilise plutôt le HVDC, avec des convertisseurs électroniques.) Field Lab dispose d'un banc de transformateur si tu veux fabriquer tes propres bobines.

Le parcours habituel (les tensions électriques varient selon les pays) :

• Générateur : environ 11 à 25 kV.
• Élever la tension électrique pour le transport, à environ 110 à 400 kV ou plus.
• Abaisser la tension électrique pour la distribution, souvent à 11 à 33 kV.
• Abaisser encore la tension électrique jusqu'à la prise : 230 V dans une grande partie du monde, 120 V en Amérique du Nord.

Qu'est-ce qui est perdu ? Sur l'ensemble du trajet, de la clôture de la centrale électrique jusqu'à ta prise, les pertes représentent généralement environ 5 à 10 pour cent de l'électricité dans de nombreux pays, et davantage dans certains autres. Une grande partie est perdue dans les fils locaux à basse tension électrique, et non dans les lignes à haute tension électrique.