Par Kevin Beck
Mis à jour le 30 août 2022
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Dans le langage courant, un générateur est un appareil qui produit de l’électricité utilisable à partir d’une source d’énergie externe. Bien que nous ne puissions pas créer d'énergie à partir de rien, les générateurs exploitent d'autres formes (combustion de carburant, courant hydraulique, vent ou fission nucléaire) pour produire l'énergie nécessaire au fonctionnement des maisons, des entreprises et des installations critiques.
En 1831, le physicien Michael Faraday a observé que le déplacement d’un aimant dans une bobine de fil provoque le flux d’électrons – un phénomène maintenant connu sous le nom d’induction électromagnétique. Chaque générateur repose sur ce principe :le mouvement relatif entre un champ magnétique et un fil conducteur produit un courant électrique, que le mouvement provienne de l'aimant, du fil ou des deux.
Les générateurs typiques utilisent un électro-aimant cylindrique entourant une série de bobines de cuivre isolées enroulées autour d'un arbre central. Lorsque l'arbre tourne, les bobines traversent le champ magnétique stationnaire, induisant un courant continu qui peut être dirigé vers les maisons, les bureaux ou le réseau électrique au sens large.
L’électricité ne peut pas être stockée à une échelle telle qu’elle permettrait d’alimenter une ville entière pendant des jours sans source continue. Si les batteries sont utiles pour les appareils portables et les systèmes de secours, leur capacité est bien trop limitée pour répondre à une demande à grande échelle. Par conséquent, les infrastructures électriques modernes doivent produire de l'électricité à la demande, et de nombreuses entreprises disposent de générateurs de secours pour éviter des pannes qui pourraient être catastrophiques, en particulier dans les hôpitaux où les équipements de survie dépendent d'une alimentation électrique constante.
Imaginez deux grands aimants en forme de cube positionnés à un mètre l’un de l’autre, le pôle sud de l’un faisant face au pôle nord de l’autre. Le champ magnétique résultant s’étend horizontalement entre eux. Si un fil conducteur vertical se déplace perpendiculairement à travers ce champ (en restant exactement à 0,5 m de chaque aimant), un courant électrique circule le long du fil. Cet arrangement illustre l'orthogonalité fondamentale du champ magnétique, du mouvement des fils et du courant induit qui alimente chaque générateur.
Dans un générateur typique, l'arbre rotatif déplace les bobines à l'intérieur de l'aimant, maintenant cette relation perpendiculaire et assurant un courant constant tant que l'arbre reçoit de l'énergie mécanique. Les ingénieurs ont développé une variété de générateurs qui utilisent différentes sources d'énergie pour faire tourner cet arbre.
Les générateurs sont largement classés en types thermiques et cinétiques, reflétant la source de leur énergie mécanique.
Chaque type de générateur reflète un équilibre entre la disponibilité des ressources, l'impact environnemental et la demande énergétique. Comprendre ces principes fondamentaux permet d'expliquer pourquoi diverses technologies coexistent dans le réseau électrique mondial.