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Physique 3ᵉ

Ressources · 3ᵉ · Physique

Fiche de révision : Production et transport de l'électricité

L’alternateur, un aimant qui tourne devant une bobine ; la chaîne énergétique d’une centrale, son bilan et son rendement ; tension continue et tension alternative à l’oscilloscope, période, fréquence et valeur maximale ; le transport sous haute tension et les transformateurs ; l’équilibre entre production et consommation sur le réseau

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benprofparticulier.frPhysique · 3ᵉ

Électricité : produire dans une centrale

Fiche méthode

(Physique 3ᵉ · L’énergie et ses conversions · Production et transport de l’électricité)

La démarche face à une question sur l’électricité du réseau

1. Je situe la question : la production (alternateur, centrale), la tension (oscillogramme), le transport (transformateurs, intensité) ou l’équilibre du réseau.

2. Je repère les grandeurs données et leurs unités : MW ou W, MWh, V ou kV, ms ou s, divisions et réglages.

3. J’applique la relation du cas : reçue = fournie + dissipée, rendement = fournie ÷ reçue, E = P × t, f = 1 ÷ T, I = P ÷ U.

4. Je vérifie le sens physique : un rendement sous 100 %, une intensité plus faible sous haute tension, une fréquence qui baisse quand il manque de la production.

Le réflexe — divisions × réglage ; f = 1 ÷ T en secondes ; I = P ÷ U en watts et en volts ; rendement = électrique ÷ reçue.

Cas 1 · Prévoir ce que fournit un alternateur

Réflexe — je cherche ce qui fait tourner le rotor : pas de rotation, pas de tension ; plus vite, tension plus grande.

Exemple 1. On colle l’aimant sur la bobine et on fait tourner l’ensemble d’un seul bloc.

L’aimant ne bouge pas par rapport à la bobine : aucune tension, la DEL reliée à la bobine reste éteinte.

Exemple 2. On tourne trois fois moins vite la manivelle d’un petit alternateur de laboratoire.

L’aimant passe moins vite devant la bobine : la tension maximale est plus petite et la tension change de signe trois fois moins souvent.

Attention — c’est le mouvement de l’aimant par rapport à la bobine qui compte, pas l’aimant seul.

Cas 2 · Faire le bilan d’une centrale

Réflexe — dissipée = reçue − électrique ; rendement = électrique ÷ reçue ; E = P × t en MWh.

Exemple 1. Une centrale reçoit 2 400 MW et fournit 840 MW électriques.

Rendement = 840 ÷ 2 400 = 0,35 = 35 % ; dissipés : 2 400 − 840 = 1 560 MW.

Exemple 2. Une centrale de 650 MW fonctionne 10 h à pleine puissance.

E = 650 × 10 = 6 500 MWh = 6,5 GWh.

Attention — le rendement ne dépasse jamais 100 % : sinon, la fraction est à l’envers.

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Cas 3 · Lire un oscillogramme

Réflexe — divisions × sensibilité pour Umax ; divisions × balayage pour T ; T en secondes, puis f = 1 ÷ T.

Exemple 1. Crête à 2 divisions avec 10 V/div ; une période sur 8 divisions avec 1 ms/div.

Umax = 2 × 10 = 20 V ; T = 8 × 1 = 8 ms = 0,008 s ; f = 1 ÷ 0,008 = 125 Hz.

Exemple 2. Une tension alternative a une fréquence de 400 Hz. Quelle est sa période ?

T = 1 ÷ 400 = 0,0025 s = 2,5 ms.

Attention — avec T en ms, 1 ÷ T ne donne pas des hertz : on convertit d’abord.

Cas 4 · Comparer deux tensions de transport

Réflexe — I = P ÷ U en watts et en volts ; la tension augmente → élévateur, elle diminue → abaisseur.

Exemple 1. On transporte 80 MW sous 225 000 V.

I = 80 000 000 ÷ 225 000 ≈ 356 A ; sous 20 000 V, il faudrait 4 000 A.

Exemple 2. Un transformateur reçoit 400 000 V et fournit 225 000 V.

La tension diminue : transformateur abaisseur.

Attention — les kV se convertissent en volts (× 1 000) et les MW en watts (× 1 000 000) avant de diviser.

Cas 5 · Rétablir l’équilibre du réseau

Réflexe — je compare consommation et production ; manque → fréquence qui baisse ; excédent → fréquence qui monte.

Exemple 1. La consommation est de 7,4 GW, la production de 7,9 GW.

Excédent : 7,9 − 7,4 = 0,5 GW ; la fréquence monte : on pompe dans une STEP, on exporte ou on baisse la production.

Exemple 2. Une STEP turbine 2 h à 600 MW ; son rendement est de 80 %.

Fournie : 600 × 2 = 1 200 MWh ; consommée pour pomper : 1 200 ÷ 0,8 = 1 500 MWh.

Attention — une STEP qui pompe consomme de l’électricité ; elle n’en fournit que lorsqu’elle turbine.

Les pièges

  • Croire qu’un aimant immobile près d’une bobine produit une tension : il faut un mouvement.
  • Écrire « 900 MW par heure » : le MW est une puissance ; en une heure, 900 MW donnent 900 MWh.
  • Prendre 230 V pour la valeur maximale de la tension du secteur : c’est la valeur efficace (environ 325 V au maximum).
  • Calculer 1 ÷ T avec T en millisecondes.
  • Dire que la haute tension transporte plus de puissance : à puissance égale, elle diminue l’intensité.

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À propos de cette page
Une fiche méthode en cinq cas : prévoir ce que fournit un alternateur, faire le bilan et le rendement d’une centrale, lire un oscillogramme et passer de la période à la fréquence, calculer l’intensité de transport sous haute tension, rétablir l’équilibre du réseau avec une STEP, avec les pièges du MW et des 230 V.
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