Le transport de l’électricité

Les principes physiques du courant électrique

• Le courant électrique est un phénomène physique qui provient du déplacement de charges électriques dans un matériau conducteur.
• L’intensité électrique ($I$) est une grandeur qui désigne le nombre de charges électriques transitant à travers une surface par unité de temps. Elle s’exprime en ampère ($A$) et se note : $$I=\dfrac{q}{t}$$
• La tension électrique ($U$) désigne la différence de potentiel électrique aux deux bouts d’un matériau conducteur pour créer un courant électrique, de la borne $-$ vers la borne $+$. Elle s’exprime en volt ($V$) et, selon la loi d’Ohm, elle se note : $$U=R\times I$$ où $R$ est la résistance électrique en ohm ($\Omega$).
• La résistance électrique représente la propension d’un matériau à diminuer l’intensité du courant électrique. Elle dépend de la résistivité électrique du matériau ($\rho$), de sa longueur ($l$) et de sa section ($S$).
• La puissance électrique est le produit de la tension ($U$) par l’intensité ($I$). Elle est exprimée en watt ($W$) et est équivalente à : $$P=U\times I$$
• La puissance électrique émise par un générateur n’est pas exactement égale à celle reçue par un utilisateur : durant le transport de l’électricité, il y a des pertes d’énergie.
• L’effet Joule correspond à l’énergie thermique (augmentation de la température dans le fil conducteur) produite lorsque le courant passe dans un conducteur qui présente une résistance électrique de valeur $R$.
  Cet effet thermique correspond donc à des pertes de puissance, appelées puissance perdue par effet Joule : $$P_{\text{J}}=R\times I^2$$
• Ainsi, dans l’optique de diminuer les pertes par effet Joule, il sera donc préférable de diminuer l’intensité $I$ et la résistance $R$.

Le réseau électrique en France

• Le réseau de distribution de l’électricité est un réseau de transport de courant alternatif (courant périodique et sinusoïdal).
• Les pertes liées à la transformation d’un courant alternatif de haute tension en basse tension sont bien moindres qu’en utilisant un courant continu.
• L’intensité du courant électrique alternatif varie au cours du temps. Ainsi, les pertes par effet Joule ainsi que la puissance électrique vont elles-mêmes varier au cours du temps, ce qui rend difficile leur calcul. Néanmoins, sachant que les variations de ces grandeurs se répètent à chaque période $T$, il est possible d’en définir des valeurs moyennes dites « efficaces » : $$I_{eff}=\dfrac{I_{max}}{\sqrt 2}$$ $$U_{eff}=\dfrac{U_{max}}{\sqrt 2}$$
• La puissance électrique $P$ est alors calculée en faisant le produit de la tension efficace par l’intensité efficace :
  $P=U_{eff}\times I_{eff}$
• La puissance produite est égale à la somme de la puissance consommée et de la puissance perdue par effet Joule : $$P_{produite}=P_{consommée}+P_{\text{J}$$
• L’augmentation ou l’abaissement de tension lors du transport et de la distribution de l’électricité est réalisé à l’aide de transformateurs. Mais que la tension soit augmentée ou abaissée, la puissance de sortie est égale à la puissance d’entrée : $$U_{1,eff}\times I_{1,eff}=U_{2,eff}\times I_{2,eff}$$
• Cela signifie que si on a augmenté par exemple la tension ($U_{2,eff}$), alors l’intensité ($I_{2,eff}$) a baissé.
• Après sa production, l’électricité est donc transportée à très haute tension pour diminuer son intensité sur de longues distances (lignes à haute tension), puis sa tension est abaissée juste avant distribution (lignes à moyenne et basse tension).
• Le choix des matériaux a également une incidence sur la résistance des lignes électriques (résistivité, section).

Le réseau continental européen

• Les réseaux électriques des différents pays européens sont interconnectés.
• L’électricité est délivrée avec une tension de tension de $230\,\text{V}$ et une fréquence de $50\,\text{Hz}$.
• L’interconnexion permet de garantir une certaine stabilité puisque les incidents sont ainsi compensés par l’ensemble du réseau.
• L’adaptation de la production à une consommation fluctuante en temps réel est difficile à gérer :
• si la production est supérieure à la consommation, la problématique du stockage de l’énergie électrique se pose ;
• si la production est inférieure à la consommation, il y a des risques de coupure du réseau (fréquence basse), de dysfonctionnement d’appareils électriques (tension basse) ou de surcharges en cascade (intensité élevée, arcs électriques).
• Lors d’un déséquilibre entre l’offre et la demande, on peut agir sur la mobilisation des réserves d’énergie, la diminution de la consommation ou de la production, les possibilités de stockage.
• Pour garantir la meilleure stabilité possible du réseau, une surveillance permanente et des études statistiques de la consommation sont nécessaires.