S’il est bien un domaine où les choses vont vite, c’est la consommation d’électricité mondiale. L’électricité est l’énergie de demain. Son moteur d’aujourd’hui, la centrale thermique électrique.
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Définition : qu’est-ce qu’une centrale thermique électrique ?
Une centrale thermique produit de l’électricité en utilisant une source de chaleur : les énergies fossiles que sont le gaz, le fioul, le charbon et l’uranium.
A noter qu’en effet, une centrale nucléaire est une centrale thermique : la fission des atomes de l’énergie fossile qu’est l’uranium produit de la chaleur, non pas dans une chaudière mais dans un réacteur.
Comment fonctionne une centrale électrique ?
Ces énergies fossiles sont les combustibles qui alimentent une chaudière, celle-ci produisant de la vapeur (directement ou en chauffant de l’eau) qui actionne une turbine reliée à un alternateur.
Ainsi l’énergie chimique de ces énergies fossiles est-elle transformée en vapeur qui actionne une énergie mécanique, celle-ci étant alors convertie en énergie électrique.
Il existe trois types de centrales thermiques électriques, correspondant à la source de chaleur :
Centrales thermiques électrique à flamme
Les centrales thermiques à flamme, dans lesquelles l’inflammation du combustible détend de l’air qui entraîne alors la rotation de la turbine.C’est le cas des centrales au charbon, au fioul et au gaz.
Le fioul est d’abord transformé en liquide, le charbon est réduit en fines particules. Seul le gaz est utilisé sans transformation.
Centrales thermiques électriques nucléaires
Dans le cas des centrales thermiques nucléaires, la fission des atomes d’uranium élève la température de l’eau contenue autour des réacteurs : la vapeur d’eau ainsi produite alimente la turbine reliée à l’alternateur.
Une centrale nucléaire comprend trois circuits fermés :
- le circuit primaire dans lequel la fission des atomes au sein du réacteur échauffe l’eau autour de lui (à 320°) ;
- le circuit secondaire où l’eau chaude du circuit primaire est transformée en vapeur dont la pression entraîne la turbine qui entraîne l’alternateur.
Un transformateur élève alors la tension du courant électrique, qui peut ainsi fournie une puissance électrique suffisante pour alimenter des r&seaux entiers.
- Le troisième circuit est celui du refroidissement : la vapeur d’eau à la sortie de la turbine est à nouveau transformée en eau, via un condenseur où circule de l’eau froide issue d’un cours d’eau ou de la mer.
Centrales thermiques à récupération de chaleur
Les centrales thermiques à récupération de chaleur sont ce que l’on appelle l’énergie verte. Les centrales thermiques solaires sont l’avenir le plus plausible de ce type d’énergie : inépuisable et non polluante, l’énergie solaire représente une puissance équivalant à la consommation actuelle de toute la planète toutes les 50 minutes.
Toute la question est la récupération de cette énergie : selon bien sûr la géographie (latitude ensoleillée ou non) et les techniques employées.
A ce titre, l’énergie solaire est exploitée selon deux procédés différents :
- le thermique solaire, via des centrales solaires (qui captent l’énergie du soleil grâce à des capteurs plans)
- et des centrales thermodynamiques (la concentration des rayons du soleil via des miroirs ou paraboles) ;
- le solaire photovoltaïque (les panneaux solaires) est,pour sa part, dépendant marché du silicium, une terre rare, même s’il s’agit de la plus répandue.
Parmi les autres centrales thermiques à récupération de chaleur, les centrales thermiques à biomasse, où des déchets animaux, végétaux, industriels ou ménagers sont brûlés. A noter que leur principe de fonctionnement est celui d’une centrale thermique à flamme.
Autre centrale thermique électrique de type alternatif, les centrales géothermiques, qui fonctionnent à partir des sources d’eau chaude des nappes aquifères.
Centrale thermique et besoins en énergie électrique
Selon l’Agence Internationale de l’Energie, l’électricité est en passe de devenir la première énergie utilisée au monde, devant le pétrole. D’ici à 2050, l’électricité représentera plus d’un tiers de la consommation totale d’énergie au monde, contre moins de 20% aujourd’hui (pour aller plus loin, lire le rapport annuel de l’AIE, World Energy Outlook).
Cela correspond à la fois à l’urbanisation des populations et au développement du numérique : ainsi par exemple chez nous, la voiture électrique aux dépens du moteur à essence. Et dans les pays défavorisés, les équipements numériques qui font directement irruption dans les modes de vie, sans passer par les phases technologiques intermédiaires que nous avons connues.
Au total, la demande en énergie électrique croît deux fois plus vite que celle des autres besoins énergétiques.
Centrale thermique électrique et réchauffement climatique
Aujourd’hui, le recours aux énergies fossiles représente 40% des émissions de CO2 : elles sont, de loin, la première contribution au réchauffement climatique.
La priorité pour maintenir l’objectif de moins 2° de réchauffement climatique d’ici à 2050 est le recours à une énergie décarbonée : aujourd’hui, 70% de l’électricité produite dans le monde provient des ressources fossiles.
Les centrales thermiques au charbon
Parmi ces énergies fossiles, le charbon reste la plus employée (38%). Peu chère et pourvoyeuse d’emplois, cette énergie continue de se développer en Chine, en Inde (où il est projet d’ainsi raccorder à l’électricité près de 300 millions de personnes qui en sont privées), mais aussi en Indonésie, Malaisie, au Pakistan, aux Philippines, au Vietnam.
Le charbon, l’énergie des pauvres ? En Afrique, « la » mine de charbon du continent est l’Afrique du Sud (la province de Mpumalanga, à la frontière avec le Mozambique) et bien des centrales s’ouvrent avec des capitaux chinois.
Au Japon, depuis l’accident de Fukushima en 2011, le plan énergétique nippon a prévu l’ouverture d’une cinquantaine de centrales thermiques au charbon : le Japon est le troisième importateur au monde de charbon, pour plus de la moitié en provenance d’Australie.
Centrale thermique électrique et transition énergétique
En Europe, l’Allemagne a prévu de renoncer aux centrales thermiques électriques au charbon d’ici à 2038, la Pologne pas avant 2070.
En France, la production d’électricité est à :
- 77% d’origine nucléaire,
- 5% issue des énergies fossiles combustibles (charbon, fioul, gaz)
- 18% issue des énergies renouvelables.
Pour l’Europe, l’Agence Internationale de l’Énergie prévoit un scénario « 2°C » d’ici à 2040 selon une très forte augmentation de la part de l’éolien (de 14 % actuellement 44 % en 2040), le maintien du nucléaire (25 % aujourd’hui, 21 % en 2040) et le développement de l’hydraulique (10 % aujourd’hui, 12 % en 2040).
Ce qui représente des investissements importants et, sans aucun doute, une politique européenne de l’énergie plus poussée qu’aujourd’hui.
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