Production d'une tension alternative

Le cours

Production d'une tension alternative

I. Production d'une tension avec aimant et bobine

A. Expérience fondamentale

Dispositif :

     Aimant    Bobine
       N─S    ══════
        ↕     ║ ↻↻↻ ║──→ Voltmètre
     Mouvement ══════

Manipulation : 1. Approcher l'aimant de la bobine : voltmètre dévie 2. Éloigner l'aimant : voltmètre dévie (sens opposé) 3. Aimant immobile : voltmètre = 0

Observation : Une tension apparaît seulement quand il y a mouvement relatif entre l'aimant et la bobine.

B. Facteurs influençant la tension

La tension produite augmente si : 1. Le mouvement est plus rapide 2. L'aimant est plus puissant 3. La bobine a plus de spires (tours de fil) 4. Le noyau de fer est présent dans la bobine

Expérience : Agiter rapidement l'aimant → tension plus grande.

C. Nature de la tension produite

Question : Cette tension est-elle continue ou alternative ?

Expérience avec oscilloscope :

Tension continue (pile)    Tension alternative (aimant+bobine)

     ────────              ╱╲    ╱╲    ╱╲
     │                    ╱  ╲  ╱  ╲  ╱  ╲
─────┘                ───╱────╲╱────╲╱────

  (Constante)            (Sinusoïdale)

Conclusion : La tension produite par aimant + bobine est ALTERNATIVE.

D. Distinction pile / dynamo

II. Applications : les générateurs

A. Génératrice de bicyclette (dynamo)

Principe : Roue fait tourner un aimant devant une bobine.

      Roue de vélo
         ⊕  (tourne)
         │
    [Dynamo]
    Aimant→║↻↻║  Bobine
           │
        Phares 💡

Fonctionnement : 1. Vélo roule → roue tourne → aimant tourne devant bobine 2. Tension alternative produite 3. Phares s'allument

Vélo s'arrête → plus de mouvement → plus de tension → phares éteints

Exemple en Côte d'Ivoire : Les vélos à Danané, Korhogo, villages de Côte d'Ivoire utilisent des dynamos pour l'éclairage nocturne (économique et écologique).

B. Centrale hydroélectrique

Principe : L'eau fait tourner une turbine reliée à un alternateur géant.

Schéma simplifié :

   Barrage (retenue d'eau)
      ╔═══════╗
      ║ Eau   ║
      ║       ║
      ╚═══╬═══╝
          ↓ Chute d'eau
      ╔═══╩═══╗
      ║Turbine║ (hélice qui tourne)
      ╚═══╤═══╝
          │ (arbre)
      ╔═══╧═══╗
      ║Altern.║ (aimants + bobines)
      ╚═══╤═══╝
          │
     Réseau électrique

Fonctionnement : 1. Eau tombe du barrage (énergie potentielle) 2. Turbine tourne (énergie cinétique) 3. Alternateur : aimants tournent devant bobines fixes 4. Tension alternative produite → réseau électrique

Exemples en Côte d'Ivoire :

1. Barrage d'Ayamé 1 et 2 (Sud-Est) - Fleuve Bia - Puissance : 30 MW (Ayamé 1) + 30 MW (Ayamé 2)

2. Barrage de Buyo (Ouest) - Fleuve Sassandra - Puissance : 165 MW - Alimente Abidjan, San-Pédro, Man

3. Barrage de Kossou (Centre) - Fleuve Bandama - Puissance : 174 MW - Plus grand lac artificiel de Côte d'Ivoire

4. Barrage de Taabo (Centre) - Fleuve Bandama - Puissance : 210 MW

Avantages : - ✅ Énergie renouvelable (cycle de l'eau) - ✅ Pas de pollution - ✅ Régulation des crues

Inconvénients : - ❌ Dépend de la pluviométrie (problèmes en saison sèche) - ❌ Coût de construction élevé - ❌ Impact environnemental (inondation de zones)

C. Centrale thermique

Principe : Brûler du combustible → chauffer de l'eau → vapeur fait tourner turbine → alternateur.

Schéma :

  Combustible
  (gaz, fioul)
      │
   ╔══╧══╗
   ║Chaud.║ Chauffe eau → vapeur
   ╚══╤══╝
      ↓ Vapeur
   ╔══╧═══╗
   ║Turbine║ (tourne)
   ╚══╤═══╝
      │
   ╔══╧═══╗
   ║Altern.║
   ╚══╤═══╝
      │
   Réseau

Exemples en Côte d'Ivoire :

1. Centrale d'Azito (Abidjan, Yopougon) - Gaz naturel - Puissance : 432 MW

2. Centrale de Ciprel (Abidjan, Vridi) - Gaz naturel - Puissance : 552 MW

3. Centrale d'Atinkou (Jacqueville) - Gaz naturel - Puissance : 390 MW

Avantages : - ✅ Production contrôlable (on allume quand on veut) - ✅ Ne dépend pas de la pluie

Inconvénients : - ❌ Combustible non renouvelable (gaz, pétrole) - ❌ Pollution (CO₂, gaz à effet de serre) - ❌ Coût du combustible

III. L'alternateur (principe général)

Structure

Composants : 1. Rotor : Partie tournante (souvent des aimants ou électro-aimants) 2. Stator : Partie fixe (bobines) 3. Arbre : Axe de rotation (relié à la turbine)

        Stator (fixe)
    ╔═══════════════════╗
    ║  Bobines ↻↻↻↻    ║
    ║       ╭─╮         ║
    ║       │●│ Rotor   ║ (tourne)
    ║       ╰─╯         ║
    ║  Aimant N─S       ║
    ╚═══════════════════╝
           ↓
    Tension alternative

Fonctionnement : - Turbine (eau, vapeur, vent) fait tourner le rotor - Aimants tournent devant les bobines - Tension alternative produite dans les bobines

IV. Mix énergétique de la Côte d'Ivoire

Production d'électricité (environ) : - 60% : Thermique (gaz naturel) - 40% : Hydroélectrique (barrages) - <1% : Renouvelables (solaire, biomasse) - en développement

Objectif : Augmenter la part des énergies renouvelables (solaire, éolien, biomasse) pour réduire la dépendance aux énergies fossiles.

Projet : Construction de nouveaux barrages (Gribo-Popoli, Soubré-Buyo) et développement du solaire (centrale solaire de Boundiali).