Énergie électrique

L’énergie électrique est une énergie secondaire puisqu’elle n’existerait pas sans la transformation d’une énergie primaire. Elle est fabriquée à partir des énergies fossiles, des énergies renouvelables et de l’énergie nucléaire. Du fait de leur impact environnemental et de l’épuisement de leurs réserves, les énergies fossiles sont vouées à disparaître.

Énergie électrique : définition, avantages et inconvénients

L’énergie électrique est disponible sous forme d’électrons. Elle est utilisée pour éclairer ou pour chauffer. De plus, l’électricité est présente dans les transports pour l’alimentation des moteurs électriques et dans l’industrie pour la production de réactions chimiques. L’unité de mesure est le kWh.

Lorsqu’elle est produite avec des énergies fossiles, les pays utilisent principalement la combustion du charbon (40%) et du gaz (22%). En France, l’électricité provient à 75% du nucléaire.

Le problème des énergies fossiles est qu’elles émettent du CO2 dans l’atmosphère. Même l’uranium utilisé pour le nucléaire comporte des inconvénients : en tant que combustible radioactif, il est source de risques et la gestion des déchets est délicate.

Si les réserves de charbon, de gaz et de pétrole sont limitées à un horizon de 50 à 150 ans, les réserves d’uranium sont abondantes et bien réparties dans le monde. Les énergies renouvelables en revanche sont inépuisables. Elles utilisent le vent, le soleil, l’eau, le sol, etc.

Type d’énergie	Quantité produite
Nucléaire	416.8TWh
Hydraulique	58.7TWh
Combustibles fossiles	34.1TWh
Éolien	21.1TWh
Bioénergies	7.9TWh
Solaire	7.4TWh

Quels sont les avantages et inconvénients de l’énergie électrique ?

L’électrification massive permet de diminuer l’utilisation des énergies fossiles responsables du réchauffement climatique. Les équipements qui l’utilisent sont peu coûteux (radiateurs, chaudière, PAC, etc.). De plus, une modulation est possible pour contrôler sa consommation (thermostat).

Cependant, il ne s’agit que d’une énergie secondaire. Il faudra en produire de plus en plus pour remplacer les énergies fossiles. Du côté des inconvénients, son stockage est difficile et son prix variable.

L’énergie électrique produite par le nucléaire

Pour atteindre la neutralité carbone, de nombreux secteurs doivent développer l’électrification des usages, notamment les transports, le chauffage et l’industrie. Pour y arriver, l’objectif est de multiplier par 7 la capacité nucléaire actuelle.

De plus, les pays devront parallèlement renouveler leurs centrales nucléaires dont la durée de vie arrive à terme à 40 ans. Deux méthodes existent pour obtenir de l’électricité au moyen du nucléaire : la fission des atomes et la fusion. Le combustible utilisé est l’uranium.

L’énergie électrique produite par le nucléaire

1. Comment est-ce que la fission nucléaire produit-elle de l’électricité ?

Les centrales nucléaires utilisent principalement la chaleur dégagée par la fission des atomes d’uranium pour produire l’électricité. Lors de cette fission, deux ou trois neutrons sont libérés. Ils vont alors casser chaque noyau en deux autres qui dégageront de l’énergie et libèreront d’autres neutrons.

 2. Comment est-ce que la fusion nucléaire produit-elle de l’électricité ?

La fusion nucléaire est l’exacte opposée de la fission. Dans ce procédé, la température pour chauffer les atomes est 10 fois plus élevée. La fusion nucléaire est capable de produire 4 millions de fois plus d’électricité que le gaz ou le charbon. Toutefois, elle est encore au stade expérimental.

L’énergie électrique produite par le renouvelable

Dans un scénario d’électrification massive, l’objectif des États et de faire passer la part des énergies renouvelables dans la production de l’électricité à 66%. De son côté, la France s’est fixé un objectif de 33%.

Elle est produite à partir de l’éolien, du solaire (photovoltaïque et thermodynamique), de la biomasse, de la géothermie, des énergies marines et de l’eau (hydroélectricité).

Il s’agit principalement d’énergie verte, car elle ne produit pas d’émissions de gaz à effet de serre. Cependant, leur rendement est dépendant du climat, il est question d’énergie intermittente.

Énergie – Provenance	Coût de production	Durée de vie	Conséquences
Solaire – soleil	74€/MWh	20 ans	Énergie intermittente
Hydroélectrique – eau	15 à 20€/MWh	55 ans	Déboisage, dérèglement de l’équilibre écosystème
Éolienne – vent	57€/MWh (terre) et 145€/MWh (mer)	25 ans	Nuisance sonore et visuelle
Biomasse – animal, végétal	130€/MWh	–	Rejet de CO2
Géothermique – sous-sol	< 40€/MWh	60 ans	Produit plus de gaz à effet de serre

1. Comment est-ce que l’énergie solaire produit-elle de l’électricité ?

L’électricité est produite à partir de la lumière captée par les panneaux photovoltaïques ou les panneaux solaires. Il existe des centrales solaires. Trois éléments composent une installation : des panneaux solaires, un onduleur et un compteur.

Ils récupèrent l’énergie du soleil, la transforment en électricité et la distribuent au sein d’un réseau. Ils disposent d’une durée de vie moyenne de 20 ans lorsqu’ils sont bien entretenus.

Les principaux pays producteurs d’énergie solaire sont la Chine, les USA, le Japon, Taïwan ou encore l’Allemagne. Les entreprises consommatrices sont généralement Apple, Google, Michelin et Casino.

2. Comment est-ce que l’énergie géothermique produit-elle de l’électricité ?

La géothermie produit de l’électricité et de la chaleur. Elle exploite la chaleur présente sous la terre. Pour produire de l’électricité, on installe des centrales géothermiques. La technique est de propulser de l’eau par un forage de manière à ce que l’eau naturellement chaude remonte par un autre forage.

Toutefois, quand la géothermie produit de la chaleur pour le chauffage ou la production d’eau chaude dans le secteur tertiaire, les économies d’énergie sont très importantes malgré un investissement élevé (en moyenne 15.000€ hors aides financières pour une installation chez un particulier).

3. Comment est-ce que l’énergie éolienne produit-elle de l’électricité ?

L’énergie éolienne est créée par la force du vent. Celui-ci actionne les pales des éoliennes qui mettent en marche un rotor relié à un axe. Celui-ci est relié à un alternateur qui produit de l’électricité.

L’énergie éolienne se développe dans le monde au rythme de 20 à 40% par an. Des projets d’îles artificielles composées d’éoliennes ancrées à 60 mètres de profondeur dans la mer sont à l’étude ainsi que la création de parcs dans les champs pétroliers off-shore.

4. Comment est-ce que l’énergie biomasse produit-elle de l’électricité ?

L’énergie biomasse est au premier rang des énergies renouvelables en France. Elle représente 55% de la production d’énergie. Issue de la forêt, de l’agriculture et des déchets, elle est amenée à se développer en raison de la diversité des produits de la filière : biogaz, biocarburant, biocombustibles.

Dans le monde, la biomasse représente 2% de la production d’électricité et a pour objectif de couvrir 17% de la production d’électricité. La Chine est le premier producteur d’électricité à partir de l’énergie biomasse.

5. Comment est-ce que l’énergie hydraulique produit-elle de l’électricité ?

L’énergie hydraulique est produite par la force des mouvements de l’eau. Elle produit de l’électricité, au sein d’une centrale. C’est la première ressource renouvelable utilisée en France. Mais les objectifs restent limités à la protection des cours d’eau et à la rénovation des centrales existantes.

Le procédé est simple : la force de l’eau fait tourner des turbines. Celles-ci font à leur tour tourner un alternateur qui produit de l’électricité. L’hydroélectricité représente 20% de la production électrique dans le monde, la 3^ème source. En France, elle couvre 10% de la consommation française.

L’énergie électrique produite par l’énergie fossile

Les énergies fossiles

L’utilisation des énergies fossiles représente 80% des ressources utilisées. Toutefois, les réserves ont un horizon limité : entre 50 et 70 ans pour le gaz, entre 50 et 100 ans pour le pétrole, 200 ans pour le charbon.

Néanmoins, les États cherchent de plus en plus à limiter les émissions de CO2 en développant des techniques innovantes pour préserver l’environnement (modification des modes de combustion, séparation du CO2 dans les fumées, etc.). Mais elles sont encore au stade expérimental.

Le problème principal des énergies fossiles est qu’elles font l’objet de pressions économiques et politiques. Leur prix est très volatil et responsable d’inégalités sociales.

Type d’énergie	Caractéristiques	Coût de production	Avantages	Inconvénients
Centrale thermique (gaz)	Fonctionne au gaz	100€/MWh	–	Réserve non renouvelable, polluante
Centrale fioul	Utilise le fioul	43€/MWh	Dernière centrale arrêtée	Très polluante
Centrale charbon	Utilise le charbon	100€/MWh	–	Très polluante

1. Comment est-ce que le gaz naturel est utilisé pour produire de l’électricité ?

L’électricité est fabriquée au sein de centrales à gaz. La technique repose sur deux turbines combinées : une turbine à combustion et une turbine à vapeur reliée à un alternateur, l’électricité est le résultat de la combustion du gaz. 22% de la production électrique dans le monde vient du gaz.

2. Comment est-ce que le pétrole est utilisé pour produire de l’électricité ?

Le principe de fabrication est identique au gaz. La combustion du fioul, pétrole raffiné, alimente une turbine reliée à un alternateur qui produit de l’électricité.

Les centrales au fioul disparaissent progressivement (durée de vie 50 à 100 ans) : elles représentent 33% de la production mondiale. La principale raison est le prix du pétrole.

3. Comment est-ce que le charbon est utilisé pour produire de l’électricité ?

Le charbon est utilisé comme combustible pour alimenter une turbine à vapeur rattachée à un alternateur. À lui seul, le charbon est responsable de 72% des émissions de CO2 dans le secteur de l’électricité. Malgré tout, seulement 21 pays actuellement ont décidé de l’abandonner.

Comparaisons des méthodes de production d’énergie électrique

De nombreuses énergies primaires servent à fabriquer de l’électricité.

Type d’énergie	Provenance	Réserves	Prix
Énergie fossile	Gaz, pétrole, charbon	Limitées	Fluctuant
Énergie renouvelable	Vent, eau, soleil, biomasse	Inépuisables	Gratuit
Énergie nucléaire	Uranium	Plusieurs siècles	Fluctuant

1. Énergie nucléaire ou énergie renouvelable

Dans un objectif de décarbonisation de l’électricité, de nombreux pays dont la France privilégie les énergies renouvelables et le nucléaire.

Le problème des énergies renouvelables, notamment de l’éolien et du solaire, est leur intermittence. Leurs performances dépendent en effet de la météo. Le deuxième problème est le coût des équipements. L’alternative privilégiée est donc souvent le nucléaire.

2. Énergie renouvelable ou énergie fossile

Les énergies fossiles sont vouées à disparaître à moyen terme pour plusieurs raisons : ressources limitées dans le temps, réchauffement climatique, pression géopolitique (gaz, pétrole).

Pour lutter contre le réchauffement climatique, de nombreux pays misent sur la transition énergétique au moyen des énergies renouvelables. La biomasse est l’énergie renouvelable la plus utilisée. Ainsi, la part des EnR pour la production électrique est en constante augmentation dans le monde (25.3%).

3. Énergie fossile ou énergie nucléaire

L’énergie nucléaire et les énergies fossiles sont des ressources limitées. Alors que le nucléaire présente un problème de sécurité, les énergies fossiles sont la source d’une pollution majeure.

Si les deux types d’énergie sont comparés du point de vue de leur impact environnemental, il est possible de considérer le nucléaire comme une énergie verte (les réacteurs rejettent de la vapeur d’eau et non de la fumée).