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.

Produire de l'électricité

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.

Le générateur électrique :pourquoi ?

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.

La physique de l'électricité

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.

Types de générateurs

Les générateurs sont largement classés en types thermiques et cinétiques, reflétant la source de leur énergie mécanique.

• Générateurs thermiques convertir la chaleur en électricité. Les exemples courants incluent :
  • Centrales au charbon, au pétrole et au gaz naturel qui brûlent des combustibles fossiles pour produire de la vapeur ou du gaz pour actionner des turbines.
  • Installations de cogénération qui détournent la vapeur résiduaire vers les utilisateurs locaux.
  • Les centrales nucléaires qui exploitent l'énergie libérée lors de la fission :une source propre mais controversée.
  • Centrales au gaz naturel capables de produire de l'électricité sans vapeur, ou de combiner la production de vapeur pour une plus grande efficacité.
  • Les usines à biomasse qui utilisent du bois ou des matières végétales comme combustible, gagnent en popularité au XXIe siècle.
• Générateurs cinétiques mouvement du harnais. Les principaux exemples sont :
  • Les centrales hydroélectriques, qui utilisent le débit d'eau, souvent provenant de réservoirs contrôlés par des barrages comme le lac Mead, pour faire tourner des turbines.
  • Les éoliennes, qui convertissent l'énergie éolienne en électricité. Bien que le vent soit moins efficace que l'eau et sujet à la variabilité, il ne nécessite pas de grands lacs artificiels et peut fournir de l'électricité à des communautés importantes, même si la viabilité à grande échelle était encore en développement en 2018.

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.