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Électricité

« Électricité » expliqué aux enfants par Vikidia, l’encyclopédie junior
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Pylône de transport d'électricité à haute tension

L'électricité est un phénomène physique lié aux propriétés de la matière. Avec les ondes électromagnétiques, c’est l’un des moyens de transmission de l’énergie (électrique) mise en jeu par l’interaction électromagnétique.

Un circuit électrique est un moyen de transporter de l'énergie fournie par un générateur vers un récepteur qui convertit l'énergie électrique en une autre forme d'énergie : énergie mécanique (mouvement) grâce à un moteur, énergie thermique (chaleur) ou même énergie chimique pour transformer des matériaux (par exemple, produire des métaux à partir de minerai). De son côté, un générateur fait l’inverse : c’est un objet qui transforme une forme d'énergie quelconque (solaire, chimique, thermique, etc.) en énergie électrique.

Les charges électriques sont présentes dans certains composants de la matière. Il existe deux types de particules chargées :

  • le proton, qui a une charge positive, se trouve dans le noyau des atomes ;
  • l’électron a une charge négative (opposée) et se trouve autour du noyau atomique. Selon le matériau (dans les métaux ou dans l’eau, par exemple), une partie des électrons peut circuler librement, ce qui permet donc qu'il y ait un déplacement d’électrons, c’est-à-dire un courant électrique.

L’étude des phénomènes électriques s’appelle :

  • électrostatique quand les charges sont immobiles par rapport à leur environnement ;
  • électrodynamique quand elles se déplacent.

Le courant électrique se transmet très vite : plusieurs milliers de kilomètres par seconde. Pourtant, les électrons (qui sont son support), eux, n'avancent pas très vite : ils s’agitent beaucoup, mais en faisant de minuscules allers et retours autour de leur position et, par conséquent, ils n’« avancent » en moyenne que de quelques centimètres à quelques mètres par seconde ! La propagation du courant est néanmoins possible car ces électrons se poussent et se cognent les uns les autres, et l’énergie qu’ils transportent se propage à travers ces chocs ; de la même façon, si l'on tire brusquement sur une longue corde déjà tendue, le coup va se sentir à l'autre bout beaucoup plus vite que la corde aura avancé.

L’électricité est un moyen très pratique et très important dans notre société pour transporter l'énergie nécessaire à de nombreuses utilisations : éclairage, appareils ou machines comportant un moteur électrique, électronique ou chauffage.

Production d'électricité[modifier]

Produire de l'électricité consiste à se servir d'une autre énergie qu'on transforme en électricité. Plusieurs sortes d'énergie sont actuellement utilisées pour la production d'électricité.

L'énergie électrique est produite par la transformation d'une autre forme d'énergie.

  • L'énergie solaire peut être captée par des panneaux solaires et être transformée en électricité. C'est Albert Einstein qui a expliqué ce phénomène, ce qui lui a valu de recevoir le prix Nobel. Le rendement des panneaux solaires est encore faible, et le coût de production des panneaux est encore trop cher pour que cette source d'énergie soit utilisée à grande échelle. La quantité d'électricité produite dépend aussi beaucoup de l'ensoleillement.
  • L'énergie hydraulique est utilisée dans les barrages hydroélectriques, l'eau retenue par le barrage est autorisée à s'écouler à travers un conduit au bout duquel se trouve une turbine. La rotation de la turbine (énergie mécanique) permet, à l'aide d'un générateur, de produire de l'électricité. Les centrales hydroélectriques ne sont pas polluantes et ne nécessitent que la construction d'un barrage. La possibilité de produire des barrages dépend des cours d'eau contenus dans le pays (fleuves, rivières, torrents). En France, pratiquement partout où il était possible de construire un barrage, il a été construit. Il n'est plus possible d'augmenter le nombre de barrages importants.
Éoliennes

. l'énergie marée motrice, qui utilise la différence de niveau des mers pendant la marée haute et la marée basse pour faire fonctionner des turbines. En France il existe l'usine marée-motrice de la Rance en Bretagne.

  • L'énergie éolienne, du vent, permet de faire tourner des immenses hélices reliées à des générateurs produisant de l'électricité. Le principal inconvénient provient du fait que ces immenses hélices ne sont pas très esthétiques et qu'il faut les placer dans des endroits où il y a du vent toute l'année. Certains pays en ont placés dans des endroits désertiques, des mers.
  • L'énergie thermique, produite grâce à l'énergie contenue dans le charbon ou le pétrole (énergie chimique) permet de chauffer de l'eau et de créer de la vapeur sous pression dans les centrales thermiques. Cette vapeur va faire tourner des turbines, et comme pour les barrages, servira à produire de l'électricité. Ces centrales thermiques sont polluantes, nécessitent du pétrole ou du charbon et n'ont pas un rendement très élevé. Le pétrole et le charbon sont des énergies fossiles, c'est-à-dire qu'il faut les extraire du sol et ne sont donc pas inépuisables.
  • L'énergie nucléaire: dans les centrales nucléaires, c'est l'énergie contenue dans la matière qui permet de chauffer l'eau et la production d'électricité est analogue à celle des centrales thermiques. Ces centrales peuvent être dangereuses pour l'environnement en cas de problème (cas de la centrale de Tchernobyl), mais elles font tout de même partie des énergies propres (non polluantes). Elles nécessitent une technique très difficile à maîtriser et l'utilisation de minerai d'uranium, qu'il faut enrichir. Les déchets radioactifs produits seront radioactifs pendant des centaines de millions d'années. Enfin, ces centrales permettent de produire du plutonium à partir d'uranium, ce qui permet en théorie de construire une bombe atomique.
  • L'énergie musculaire, donc chimique, permet aussi de produire de l'électricité. Dans certains vélos, une dynamo est couplée à une des roues et permet de transformer l'énergie de rotation de la roue en une énergie électrique qui permet d'allumer une ampoule.

Il faut noter que l'électricité peut difficilement se stocker, à la différence des autres formes d'énergie. La production doit donc être égale à la consommation. On ne peut pas produire de l'électricité à l'avance.

Avantages et défauts[modifier]

Toutes les systèmes qui produisent de l'énergie électrique ont leurs avantages et leurs défauts. Certains sont très polluants alors que d'autres ne le sont pas, on parle alors de sources d'énergie propres. Certaines sources d'énergie sont dites sont renouvelables (sources d'énergie qui ne s'épuisent jamais) alors que d'autres sont des sources d'énergie épuisables. L'utilisation de certaines sources d'énergie est parfois très coûteuse. Enfin, certains systèmes peuvent produire une très grande quantité d'énergie électrique.

  • Sources d'énergie renouvelables : éolienne, centrale hydraulique, effort musculaire, panneaux solaires.
  • Sources d'énergie propres : éolienne, panneaux solaires, piles à combustible.
  • Sources d'énergie sans émission de gaz carbonique  : les sources d'énergie propres et les centrales nucléaires (bien qu'elles génèrent des déchets radioactifs).
  • Production d'énergie importante : centrales nucléaires (85,8% de la production d'électricité en France), centrales thermiques, certaines centrales hydrauliques.

Distribution de l'électricité[modifier]

Grâce à un réseau de câbles conducteurs, l'électricité est distribuée dans les maisons, les usines, partout où un appareil électrique existe. Pour faciliter le transport depuis les lieux de production, des lignes à haute tension existent. La tension y est de plusieurs centaines de milliers de volts. Ce sont de véritables autoroutes pour l'électricité. La tension électrique existant entre les conducteurs de ces lignes est convertie plusieurs fois dans des transformateurs. La valeur de la tension utilisée par les particuliers est 230 volts, en France et dans l'Union européenne, ou de 110 volts aux États-Unis et dans quelques autres pays.

Importance de l'électricité[modifier]

Autrefois, pour répartir l'énergie dans un atelier ou une usine, on utilisait des systèmes mécaniques, principalement des poulies et des courroies ce qui provoquait souvent des accidents. De plus, l'énergie ne se transportait pas loin. C'est pourquoi ces ateliers et ces usines étaient construits proches des sources d'énergies : aux bords des cours d'eau ou encore proche des sources de combustibles qui permettaient de faire fonctionner des machines à vapeur comme les grandes forêts ou les mines de charbon. L'électricité permet de transporter l'énergie sur de longues distances avec des pertes assez faibles.

Certains métaux, comme l'aluminium, ne peuvent être produits que par électrolyse c'est-à-dire grâce à l'électricité.

Notre monde moderne est très dépendant de l'électricité. Pour s'en convaincre, il faut essayer d'imaginer ce que serait une journée sans lumière électrique, sans train électrique, sans ascenseur, sans air conditionné (dans les pays chauds), sans usine,... Avoir une bonne source d'électricité est un souci de première importance pour tous les gouvernements du monde.

Grandeurs et unités[modifier]

Pour étudier l'électricité ou travailler sur ses applications, on se sert de plusieurs grandeurs et unités :

Selon le domaine étudié, on peut trouver plus souvent des multiples de ces unités : milliampères (mA), microfarads (µF), mégawatts (MW), etc.

Dates importantes des découvertes sur l'électricité[modifier]

Qui a inventé l'électricité ?

L'électricité existe depuis aussi longtemps que le monde, avec la foudre par exemple ; par contre, elle a été découverte petit à petit et on a inventé des moyens de la produire et de l'utiliser.

L'électricité statique est connue depuis l'Antiquité.

En 1800, est officialisée l'invention de la première pile électrique par Alessandro Volta. En 1821, Michael Faraday réalise un appareil faisant tourner un petit objet avec de l'électricité, qui est un ancêtre des moteurs électriques. Par la suite, toujours au XIXe siècle, il y a eu des progrès très importants, et à la fin de ce siècle, on commençait à installer des lignes de chemin de fer électrifiées : ce qui veut dire qu'entre 1821 et 1900, on a appris à produire du courant en grande quantité, à le transporter sur de longues distances et à faire des moteurs puissants.

  • Antiquité : le savant grec Thalès fait plusieurs observations sur l'électricité et le magnétisme.
  • 1760 : Benjamin Franklin invente le paratonnerre.
  • 1800 : Alessandro Volta invente la pile.
  • 1879 : Thomas Edison invente la lampe à incandescence.
  • Années 1880 : les premières lignes électriques font leur apparition.
  • À partir de 1900 : l'électricité entre dans la vie courante.


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De l'électricité dans le corps
Tous les animaux et les êtres humains produisent de l'électricité pour animer les muscles ou pour transmettre de l’information par les nerfs !


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