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Fonctionnement et importance des centrales électriques en France

L’électricité représente 1/4 de la consommation énergétique dans l’Hexagone. Chaque année, la consommation individuelle s’élève à 2 223 kWh. Les centrales électriques constituent une part essentielle du système énergétique français. La production d’électricité a pratiquement été multipliée par quatre en France métropolitaine de 1970 à 2010. Depuis, elle s’est maintenue à 550 terawatts-heure (TWh), en sachant dans le même temps que les énergies renouvelables ont une popularité de plus en plus croissante.

La centrale nucléaire domine aujourd’hui nettement la production électrique, avec plus de 70 % de la production totale. Les centrales thermiques et hydrauliques complètent le total de la production. Quels sont les principaux types de centrales électriques ? Comment fonctionnent-elles ? Quelles sources d’énergie sont utilisées ? 

Quel est le principe d'une centrale électrique ?

Une centrale électrique est un site industriel destiné à produire de l’électricité. Qu’elle soit thermique, nucléaire, hydraulique ou éolienne, elle est composée d’un alternateur pour centrale électrique et d’une turbine.

Les centrales électriques changent différentes sources d’énergie en énergie électrique. Le but est d’approvisionner les consommateurs (particuliers ou industriels) en électricité.

Quel est l'élément commun à toutes les centrales électriques ?

L’alternateur pour centrale électrique est l’élément commun à toutes les centrales électriques. Il comprend l’association d’une bobine (la partie fixe) et d’un aimant (la partie mobile) pouvant tourner. À grande échelle, un électroaimant se substitue à l’aimant. Il convertit l’énergie mécanique en électricité.

À l’exception des centrales photovoltaïques, seul l’alternateur d’une centrale électrique peut générer de l’électricité. Celui-ci effectue une rotation via une turbine. Le type de turbine utilisé est déterminé selon le type de centrale :

  • Turbine à vapeur dans une centrale thermique (combustible fossile ou nucléaire).
  • Turbine à combustion ou turbine à gaz dans une centrale thermique.
  • Turbine hydraulique dans les centrales hydroélectriques.

Quels sont les différents types de centrales électriques ?

Il existe plusieurs types de centrales électriques, qui diffèrent selon la source d’énergie utilisée :

Centrale nucléaire

Dans une centrale nucléaire, on utilise principalement de l’uranium enrichi pour chauffer de l’eau à très haute température. Cette dernière est ensuite transformée en vapeur grâce à des turbines, permettant alors de créer de d’électricité.

À noter que l’uranium est une ressource limitée. Toutefois, le nucléaire reste à ce jour l’une des énergies les moins chères à produire. Il n’en reste pas moins que cette source d’énergie reste problématique au vu de la dangerosité du processus et de son impact sur l’environnement. Concernant la production française, elle s’est maintenue aux alentours de 45 GW au début du mois de février 2023.

Centrale thermique

Lorsqu’on évoque les centrales thermiques, on fait généralement allusion aux centrales fonctionnant via la combustion d’énergies fossiles (charbon, fioul, gaz). Il s’agit néanmoins d’une délimitation approximative. Et pour cause, les centrales solaires et géothermiques en font également partie.

D’ailleurs, la différence est palpable entre les combustibles fossiles et l’énergie géothermique. L’énergie fossile est une ressource non renouvelable, elle est limitée dans le temps, se consomme plus rapidement et dégrade l’environnement.

L’énergie géothermique et l’énergie solaire (renouvelables) font toute la différence par leur durabilité. Pour la première, l’énergie utilisée pour produire de l’électricité provient du sous-sol de la Terre. Quant à l’énergie solaire, elle provient du rayonnement du soleil.

Centrale hydroélectrique

L’énergie hydraulique (propre et renouvelable) se sert de l’énergie cinétique de l’eau (chute d’eau, rivière, marée) pour fournir de l’électricité. On parle ainsi d’hydroélectricité. 

Dans une centrale hydroélectrique, l’eau est conduite jusqu’à un canal de dérivation, puis vers des turbines électriques. Grâce à l’eau, ces dernières activent à leur tour les alternateurs afin de fournir de l’électricité. Un transformateur introduit ensuite le courant électrique dans le réseau. L’électricité produite sera transportée par des lignes à haute ou très haute tension. 

En 2023, le parc hydroélectrique fournit 12 % de la production d’électricité en France. Avec de nouvelles installations plus modernes, la production hydroélectrique pourrait augmenter de 20 %. Le pays recense aujourd’hui 2 300 centrales hydrauliques.

Centrale éolienne

La centrale éolienne transforme la force vive du vent en énergie mécanique. Cette énergie est ensuite convertie en électricité. La France dispose du second plus important gisement éolien d’Europe, derrière la Grande-Bretagne. Le développement de la centrale éolienne est aujourd’hui orienté sur les installations en mer – l’éolien offshore. 

La production d’électricité issue des centrales éoliennes a augmenté de 14,8 TWh durant le premier trimestre 2023. Cela équivaut à 11,3 % de la consommation nationale. Elle n’était que de 8,4 % durant la même période en 2022. 

Centrale photovoltaïque

Une centrale photovoltaïque transforme les rayons du soleil en électricité grâce à des cellules photovoltaïques. Ces dernières sont insérées dans des panneaux solaires à poser au sol, sur une façade ou sur des édifices. Elles doivent être dirigées, idéalement, vers le sud.

Le parc solaire photovoltaïque français a fourni 17,2 GW au terme du premier trimestre 2023, contre 596 MW durant la même période en 2022. 

Centrale géothermique

Enfin, la centrale géothermique utilise la température de la chaleur provenant du sous-sol. La géothermie est une énergie renouvelable émettant peu de GES (gaz à effet de serre).

Seulement 1 % de l’énergie produite dans l’Hexagone est fourni par les installations géothermiques. La géothermie a du mal à se développer malgré les aides financières octroyées par l’État.  

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Comme faire un distinguo entre les énergies fossiles et les énergies renouvelables ?

Les ressources fossiles sont vouées à disparaître. Il faudra patienter des millions d’années pour en trouver à nouveau au niveau des sous-sols. C’est pour cette raison qu’il n’est pas judicieux de les surexploiter sans chercher d’autres solutions.

D’où l’intérêt de nombreux États, dont la France, d’instaurer la loi de Transition écologique, privilégiant davantage les alternatives renouvelables (disponibles en quantité illimitée). L’objectif est de fixer la consommation d’énergie d’origine renouvelable à 32% pour 2030.  

Les centrales électriques nucléaires

L’énergie nucléaire couvre plus de 70 % des besoins en électricité du pays. Néanmoins, elle repose, en grande majorité, sur des centrales électriques nucléaires vieillissantes. L’énergie nucléaire se classe “à part” : elle n’exploite pas d’énergie fossile, et est en ce sens considérée comme “renouvelable”. Sauf que le nucléaire pose d’autres questions, en termes de sécurité et de traitement des déchets radioactifs. 

Les centrales à énergie fossile

Centrale à charbon

Aussi appelée centrale thermique à flamme, la centrale au charbon diffuse du dioxyde de soufre, de l’oxyde d’azote, des particules fines et du mercure dans l’atmosphère, détériorant ainsi l’environnement. À l’heure actuelle, il ne reste qu’une centrale de ce type encore opérationnelle en France. Elle se trouve en Loire-Atlantique, entre Nantes et Saint-Nazaire. Elle représente 1200 MW de puissance et génère 6% des besoins électriques de la région. 

Centrale pétrolière ou au fioul

La centrale thermique à flamme constitue la troisième source de production d’électricité du pays, juste après le nucléaire et l’hydroélectricité. Elle utilise le fioul, un dérivé du pétrole, une énergie fossile bientôt épuisée et peu écologique. Elle assure une infime partie de la production d’électricité du territoire nationale (soit 1 %). Autrement dit, elle disparait progressivement du parc énergétique français.

À ce jour, il n’existe qu’une seule centrale thermique à flamme, fonctionnant au fioul, encore en activité sur le territoire français. Il s’agit de la centrale thermique du Port-Est, située sur l’île de La Réunion (département d’outre-mer française).

Centrale électrique au gaz

Le gaz est issu d’un dépôt de matières organiques en milieu marin. C’est une ressource limitée. Les ressources étant épuisées, sa consommation ne sera plus autorisée d’ici à 70 ans. 

A ce jour, ce sont les centrales électriques au gaz qui répondent le mieux, et de manière malléable, aux besoins du réseau français. Cela pose quelques soucis, d’un côté la dépendance du système aux énergies fossiles, et de l’autre le fait que le prix de l’électricité est calculé selon les besoins du système de production, donc les centrales de gaz. Ainsi, si le gaz augmente, le tarif de l’électricité aussi. 

Les centrales à énergie renouvelable

Centrale électrique biomasse

Une centrale biomasse fournit de l’électricité grâce à la vapeur d’eau. Celle-ci provient du brûlage de matières d’origine animale ou végétale ( forêt, agriculture, déchets, etc.).  Le processus s’effectue dans une chambre de combustion.

Centrale électrique solaire

La centrale électrique solaire fournit une importante quantité d’électricité grâce à la chaleur du soleil, captée par des panneaux photovoltaïques. Son principal atout est qu’il s’agit d’une énergie verte, inépuisable, contrairement au charbon ou au gaz naturel.

Centrale hydraulique

Ce mode de production utilise l’eau pour faire marcher des turbines chargées de produire de l’électricité (mer, rivière ou fleuve). 

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Comment l'électricité arrive dans les foyers ?

C’est dans les centrales électriques qu’est produite l’électricité. Il faut ensuite l’acheminer jusqu’aux usagers. Or, sur de longues distances, les pertes énergétiques sont importantes. On parle alors de dissipation thermique ou d’effet Joule.

Il est néanmoins possible de limiter ces pertes. Pour cela, la tension du courant produite doit être augmentée de 20 000 à 400 000 volts. Un transformateur situé à la sortie de la centrale électrique remplit cette tâche. L’énergie électrique est ensuite injectée au sein du réseau de transport.

Le réseau de moyenne tension alimente les hôtels, les hôpitaux et les moyennes entreprises. Estimé à 622 187 kilomètres de long, il est destiné aux usagers ayant une consommation conséquente en électricité. La tension est alors abaissée à 20 000 volts.

Lorsque l’électricité arrive à proximité des habitations, des postes électriques de plus petite taille abaissent sa tension. Les normes standards pour une prise domestique sont alors appliquées (230 ou 400 volts).

Enfin, l’acheminement de l’électricité s’achève par les clients dits « de basse tension » (BT). Ce sont les maisons, les écoles, les commerces, etc. Ce réseau est le plus volumineux et le plus long en France. En 2022, il s’étend sur 701 858 kilomètres de ligne.

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