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Cours — Deux siècles d’énergie électrique
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Deux siècles d’énergie électrique — Enseignement Scientifique Terminale

📘 Les alternateurs

Les alternateurs convertissent l’énergie mécanique en énergie électrique grâce au phénomène d’induction électromagnétique. Ils produisent plus de 95 % de l’électricité mondiale avec un très bon rendement (≈95 %).


📐 Le phénomène d’induction électromagnétique

Schéma mettant en évidence le phénomène d'induction électromagnétique : un aimant en mouvement relatif par rapport à une bobine de fil électrique crée une tension aux bornes de la bobine (et donc un courant si la bobine est connectée à un circuit fermé). La variation de flux magnétique à travers la bobine est à l'origine de cette tension induite (loi de Faraday).
Induction électromagnétique : le mouvement relatif aimant/bobine crée une tension aux bornes de la bobine
Schéma d'un alternateur : composé d'un rotor (partie mobile, généralement les aimants) et d'un stator (partie fixe, bobines). Le mouvement du rotor (entraîné par une turbine alimentée par l'énergie primaire : vapeur d'eau nucléaire, vent, eau…) crée une variation de flux magnétique dans les bobines du stator → tension alternative aux bornes = énergie électrique.
Schéma d’un alternateur : rotor (mobile) + stator (fixe) → induction → énergie électrique alternative

Alternateur : composé d’un rotor (mobile) et d’un stator (fixe) ; l’un porte les aimants, l’autre les bobines.
• Dans une centrale électrique : l’énergie primaire (nucléaire, fossile, hydraulique, éolien) → fait tourner le rotor → induction → énergie électrique.
Plus de 95 % de l’énergie électrique mondiale est produite par des alternateurs.


📐 L’énergie électrique et les alternateurs

Schéma de la chaîne énergétique d'un alternateur : l'énergie mécanique (turbine) est convertie en énergie électrique par l'alternateur, avec une perte inévitable sous forme d'énergie thermique (chaleur par frottements et résistance électrique). Le rendement est le rapport entre la puissance électrique produite et la puissance mécanique absorbée.
Chaîne énergétique d’un alternateur : énergie mécanique → électrique + pertes thermiques

η = P_électrique / P_mécanique

• Relation énergie/puissance : E = P × Δt.
• Une partie de la puissance mécanique est dissipée sous forme de chaleur (pertes).

👉 Application : P_élec = 90 MW, P_méca = 100 MW → η = 90/100 = 0,90 = 90 %.
• Rendements des alternateurs industriels : ≈ 95 % (très bon).


💡 À retenir

• Induction électromagnétique : mouvement relatif aimant/bobine → tension aux bornes.
• Alternateur : rotor (mobile) + stator (fixe) → conversion énergie mécanique → électrique.
• η = P_élec / P_méca ; rendements industriels ≈ 95 %.
• >95 % de l’électricité mondiale produite par des alternateurs.

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