Première Bac Pro ICCER (Grpt 1) | Physique – Électricité | Transport et distribution de l'énergie
Dernière mise à jour : 23 juillet 2026, 13:40
Mehdi, technicien chauffagiste en stage chez ÉnergiePlus, accompagne son tuteur sur un chantier de raccordement d'une pompe à chaleur (PAC) géothermique dans un lotissement neuf. En arrivant sur le site, il observe un poste de transformation Enedis au bout de la rue.
Son tuteur lui explique que l'électricité qui arrive à la maison a parcouru des centaines de kilomètres depuis la centrale. Mehdi se demande :
Ces questions trouveront une réponse complète au fil de ce chapitre.
L'énergie électrique est produite dans des centrales (nucléaires, hydrauliques, éoliennes, solaires, thermiques) puis transportée jusqu'aux utilisateurs. Le réseau comporte plusieurs étapes :
Le schéma du réseau peut être résumé ainsi :
Centrale (10-20 kV) → Transformateur élévateur → Transport THT (225-400 kV) → Transformateur abaisseur → Répartition HT (63-90 kV) → Transformateur abaisseur → Distribution MT (20 kV) → Transformateur abaisseur → Livraison BT (230/400 V) → Utilisateur
La tension est élevée pour le transport (400 kV), puis abaissée par étapes jusqu'à 230 V chez l'utilisateur.
Un installateur thermique relève sur un site industriel les niveaux de tension suivants : 400 kV (transport THT), 20 kV (distribution MT), 400 V (livraison BT). À quel niveau de tension la PAC de 3 000 W sera-t-elle raccordée ? Justifier.
Tout conducteur parcouru par un courant s'échauffe : c'est l'effet Joule. La puissance perdue en chaleur vaut \(P_J = R \times I^2\).
Tout conducteur possède une résistance \(R\) (en ohms, \(\Omega\)). Lorsqu'un courant \(I\) le traverse, une puissance est dissipée sous forme de chaleur :
avec : \(P_J\) en watts (W), \(R\) en ohms (\(\Omega\)), \(I\) en ampères (A)
\(P_J = R \times I^2 = 0{,}5 \times 20^2 = 0{,}5 \times 400 = 200 \text{ W}\)
Le câble dissipe 200 W sous forme de chaleur : c'est de l'énergie perdue.
L'énergie perdue par effet Joule pendant une durée \(t\) est :
Le câble d'alimentation d'un ballon d'eau chaude a une résistance de 0,4 Ω et est traversé par un courant de 15 A. Calculer la puissance dissipée par effet Joule, puis l'énergie perdue au bout de 2 heures de fonctionnement.
Puissance : \(P_J = R \times I^2 = 0{,}4 \times 15^2 = 0{,}4 \times 225 = 90 \text{ W}\).
Durée : \(t = 2 \text{ h} = 2 \times 3600 = 7\,200 \text{ s}\).
Énergie : \(E_J = P_J \times t = 90 \times 7\,200 = 648\,000 \text{ J}\), soit 648 kJ (0,18 kWh).
Les pertes croissent comme le carré de l'intensité : doubler le courant (\(I_0 \to 2I_0\)) multiplie les pertes par 4. D'où l'intérêt de transporter à courant faible (haute tension).
Un câble d'alimentation d'une chaudière a une résistance de 0,8 Ω. Le courant qui le traverse est de 10 A. Calculer la puissance dissipée par effet Joule. Que se passe-t-il si le courant passe à 20 A ?
La puissance transportée est \(P = U \times I\). Pour transporter une même puissance \(P\), on peut :
| Basse tension (20 kV) | Haute tension (400 kV) | |
|---|---|---|
| \(I = \dfrac{P}{U}\) | \(\dfrac{10\,000\,000}{20\,000} = 500 \text{ A}\) | \(\dfrac{10\,000\,000}{400\,000} = 25 \text{ A}\) |
| \(P_J = R \times I^2\) | \(5 \times 500^2 = 1\,250\,000 \text{ W}\) | \(5 \times 25^2 = 3\,125 \text{ W}\) |
| Pertes (% de P) | \(\dfrac{1\,250\,000}{10\,000\,000} = 12{,}5\;\%\) | \(\dfrac{3\,125}{10\,000\,000} = 0{,}03\;\%\) |
En multipliant la tension par 20 (de 20 kV à 400 kV), le courant est divisé par 20 et les pertes Joule sont divisées par \(20^2 = 400\). C'est pourquoi on transporte l'électricité en très haute tension.
Une ligne de résistance 8 Ω transporte une puissance de 2 MW (soit 2 000 000 W). Calculer l'intensité du courant, puis les pertes Joule, d'abord sous une tension de 20 000 V, puis sous 200 000 V. Que constate-t-on ?
Sous 20 000 V : \(I = \dfrac{P}{U} = \dfrac{2\,000\,000}{20\,000} = 100 \text{ A}\), donc \(P_J = R \times I^2 = 8 \times 100^2 = 80\,000 \text{ W}\).
Sous 200 000 V : \(I = \dfrac{2\,000\,000}{200\,000} = 10 \text{ A}\), donc \(P_J = 8 \times 10^2 = 800 \text{ W}\).
En multipliant la tension par 10, le courant est divisé par 10 et les pertes par 100 : elles passent de 80 000 W (80 kW) à 800 W.
Pour une même puissance transportée (\(P\) = 10 MW, ligne \(R\) = 5 Ω), augmente la tension et observe la chute des pertes Joule.
Il existe deux types de transformateurs :
Deux bobinages autour d'un noyau de fer : selon le nombre de spires, le transformateur élève (\(U_2 \gt U_1\)) ou abaisse (\(U_2 \lt U_1\)) la tension.
En sortie d'une centrale, un transformateur reçoit une tension de 20 kV au primaire et délivre 400 kV au secondaire pour la ligne de transport. S'agit-il d'un transformateur élévateur ou abaisseur ? Justifier son rôle sur le réseau.
La tension de sortie (400 kV) est supérieure à la tension d'entrée (20 kV) : c'est un transformateur élévateur.
Il élève la tension pour le transport sur de grandes distances : le courant devient plus faible, ce qui réduit les pertes par effet Joule dans les lignes.
avec : \(n_1\) = nombre de spires au primaire, \(n_2\) = nombre de spires au secondaire
Si \(m > 1\) : transformateur élévateur. Si \(m < 1\) : transformateur abaisseur.
Si la tension augmente, le courant diminue proportionnellement (et inversement).
\(U_1 \times I_1 = U_2 \times I_2\)
\(I_2 = \dfrac{U_1 \times I_1}{U_2} = \dfrac{20\,000 \times 500}{400\,000} = 25 \text{ A}\)
La tension a été multipliée par 20, le courant a bien été divisé par 20.
Le rapport de transformation est : \(m = \dfrac{400}{20\,000} = 0{,}02\)
Comme \(m < 1\), c'est bien un transformateur abaisseur.
Un transformateur alimentant un immeuble reçoit une tension de 20 000 V au primaire et délivre 230 V au secondaire. Calculer le rapport de transformation et préciser s'il s'agit d'un transformateur élévateur ou abaisseur. Si le courant au secondaire est de 40 A, quel est le courant au primaire ?
En installation thermique, le choix de la section de câble est essentiel. Un câble de section trop faible a une résistance élevée, ce qui provoque :
Résistance du câble : \(R = \rho \times \dfrac{L}{S} = 1{,}7 \times 10^{-8} \times \dfrac{40}{2{,}5 \times 10^{-6}} = 0{,}27\;\Omega\)
Courant : \(I = \dfrac{P}{U} = \dfrac{3\,000}{230} \approx 13 \text{ A}\)
Pertes Joule : \(P_J = R \times I^2 = 0{,}27 \times 13^2 = 0{,}27 \times 169 \approx 45{,}6 \text{ W}\)
Les pertes en ligne du réseau français représentent environ 11 TWh par an (environ 2,5 % de la production). Réduire ces pertes contribue à :
La formule \(P = U \times I\) donne la puissance fournie à un appareil (ou la puissance totale transportée). La formule \(P_J = R \times I^2\) donne la puissance perdue sous forme de chaleur dans un conducteur. Ces deux formules s'utilisent dans des contextes différents.
C'est l'inverse : doubler la tension permet de réduire le courant de moitié (à puissance transportée constante), et comme les pertes dépendent de \(I^2\), elles sont divisées par 4. La haute tension réduit les pertes.
Par convention, \(m = \dfrac{U_2}{U_1}\) avec \(U_1\) la tension au primaire (entrée) et \(U_2\) la tension au secondaire (sortie). Si \(m > 1\) : transformateur élévateur ; si \(m < 1\) : abaisseur. Ne pas confondre primaire et secondaire.
Un transformateur classique ne fonctionne qu'en courant alternatif. Il exploite les variations du champ magnétique créé par le courant alternatif. En courant continu (continu parfait), il n'y a pas de variation et donc pas de transfert d'énergie entre primaire et secondaire.