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Chapitre 2 – Transporter l'énergie sous forme électrique

Première Bac Pro ICCER (Grpt 1)  |  Physique – Électricité  |  Transport et distribution de l'énergie

Dernière mise à jour : 10 juin 2026, 01:25

Objectifs du chapitre
Situation professionnelle

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 :

  1. Pourquoi transporte-t-on l'électricité en haute tension (225 000 V ou 400 000 V) alors que les appareils fonctionnent en 230 V ?
  2. Que se passe-t-il dans le transformateur du quartier ?
  3. Pourquoi les câbles chauffent-ils et est-ce un problème ?

Ces questions trouveront une réponse complète au fil de ce chapitre.

1. Le réseau de distribution d'énergie électrique

1.1 De la centrale à la prise

L'énergie électrique est produite dans des centrales (nucléaires, hydrauliques, éoliennes, solaires, thermiques) puis transportée jusqu'aux utilisateurs. Le réseau comporte plusieurs étapes :

Définition Le réseau de distribution d'énergie électrique est l'ensemble des lignes et postes de transformation qui relient les centrales de production aux consommateurs. Il se décompose en :

1.2 Schéma simplifié du réseau

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

Attention La tension est élevée en sortie de centrale pour le transport, puis abaissée par étapes jusqu'à l'utilisateur. Chaque changement de tension est réalisé par un transformateur.
Application

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.

2. L'effet Joule et les pertes en ligne

2.1 Qu'est-ce que l'effet Joule ?

Définition L'effet Joule est l'échauffement d'un conducteur lorsqu'il est traversé par un courant électrique. L'énergie électrique est partiellement convertie en énergie thermique (chaleur).

Tout conducteur possède une résistance \(R\) (en ohms, \(\Omega\)). Lorsqu'un courant \(I\) le traverse, une puissance est dissipée sous forme de chaleur :

Propriété La puissance dissipée par effet Joule dans un conducteur de résistance \(R\) traversé par un courant d'intensité \(I\) est :
\[ P_J = R \times I^2 \]

avec : \(P_J\) en watts (W), \(R\) en ohms (\(\Omega\)), \(I\) en ampères (A)

Exemple 1 : Un câble d'alimentation a une résistance totale de 0,5 \(\Omega\). Il est traversé par un courant de 20 A. Calculer la puissance dissipée par effet Joule.

\(P_J = R \times I^2 = 0{,}5 \times 20^2 = 0{,}5 \times 400 = 200 \text{ W}\)

Le câble dissipe 200 W sous forme de chaleur : c'est de l'énergie perdue.

2.2 Les pertes en ligne

Définition Les pertes en ligne (ou pertes Joule) sont l'énergie dissipée sous forme de chaleur dans les câbles du réseau de transport et de distribution. Elles représentent environ 2 à 3 % de l'énergie totale transportée en France.

L'énergie perdue par effet Joule pendant une durée \(t\) est :

\[ E_J = P_J \times t = R \times I^2 \times t \]
Attention La formule \(P_J = R \times I^2\) montre que les pertes dépendent du carré de l'intensité. Si le courant double, les pertes sont multipliées par 4. C'est un point essentiel pour comprendre l'intérêt du transport en haute tension.
Application

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 ?

3. Pourquoi transporter en haute tension ?

3.1 Raisonnement à puissance constante

La puissance transportée est \(P = U \times I\). Pour transporter une même puissance \(P\), on peut :

Propriété À puissance transportée égale, plus la tension est élevée, plus le courant est faible, et donc plus les pertes Joule sont réduites.
Exemple 2 : On doit transporter une puissance de 10 MW sur une ligne de résistance \(R = 5\;\Omega\). Comparons deux cas :
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)\(\dfrac{1\,250\,000}{10\,000\,000} = 12{,}5\;\%\)\(\dfrac{3\,125}{10\,000\,000} = 0{,}03\;\%\)
Conclusion

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.

4. Le transformateur

4.1 Rôle du transformateur

Définition Un transformateur est un appareil électrique qui permet de modifier la valeur d'une tension alternative. Il est constitué de deux bobinages (primaire et secondaire) enroulés autour d'un noyau de fer.

Il existe deux types de transformateurs :

4.2 Rapport de transformation (pour aller plus loin)

Hors programme — pour aller plus loin Le programme demande seulement de connaître le rôle qualitatif du transformateur (élévateur ou abaisseur). L'étude quantitative des paragraphes 4.2 et 4.3 est proposée en complément : les formules seront toujours fournies en évaluation.
Propriété Le rapport de transformation \(m\) est le rapport entre la tension de sortie \(U_2\) et la tension d'entrée \(U_1\) :
\[ m = \frac{U_2}{U_1} = \frac{n_2}{n_1} \]

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.

4.3 Conservation de la puissance (transformateur idéal — pour aller plus loin)

Propriété Pour un transformateur idéal (sans pertes), la puissance est conservée :
\[ P_1 = P_2 \quad \Longrightarrow \quad U_1 \times I_1 = U_2 \times I_2 \]

Si la tension augmente, le courant diminue proportionnellement (et inversement).

Exemple 3 : Un transformateur élévateur reçoit une tension de 20 kV et la porte à 400 kV. Le courant au primaire est de 500 A. Calculer le courant au secondaire.

\(U_1 \times I_1 = U_2 \times I_2\)

\(I_2 = \dfrac{U_1 \times I_1}{U_2} = \dfrac{20\,000 \times 500}{400\,000} = 25 \text{ A}\)

La tension a été multipliée par 20, le courant a bien été divisé par 20.

Exemple 4 — Contexte professionnel : Un installateur thermique raccorde un système de ventilation dans un bâtiment industriel. Le poste de transformation du site abaisse la tension de 20 000 V à 400 V.

Le rapport de transformation est : \(m = \dfrac{400}{20\,000} = 0{,}02\)

Comme \(m < 1\), c'est bien un transformateur abaisseur.

Application

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 ?

5. Applications professionnelles

5.1 Câbles de raccordement et échauffement

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 :

Exemple 5 : Un technicien CVC raccorde une PAC de 3 000 W sous 230 V avec un câble de 20 m (aller-retour 40 m) de section 2,5 mm². La résistivité du cuivre est \(\rho = 1{,}7 \times 10^{-8}\;\Omega \cdot \text{m}\).

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 : \(P_J = R \times I^2 = 0{,}27 \times 13^2 = 0{,}27 \times 169 \approx 45{,}6 \text{ W}\)

5.2 Impact environnemental

Les pertes en ligne du réseau français représentent environ 11 TWh par an (environ 2,5 % de la production). Réduire ces pertes contribue à :

À retenir

6. Erreurs fréquentes

Erreur 1 Confondre \(P_J = R \times I^2\) et \(P = U \times I\)

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.

Erreur 2 Penser que doubler la tension double les pertes Joule

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.

Erreur 3 Inverser \(U_1\) et \(U_2\) dans le rapport de transformation

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.

Erreur 4 Croire que le transformateur fonctionne en courant continu

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.

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