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Énergie & écologie

Les différents types de centrales thermiques

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Comme l’espace ou le temps, la chaleur est une chose familière, et pourtant, nous avons bien du mal à lui donner une définition précise ! Dès l’antiquité, les grands penseurs ont d’ailleurs disserté sur la nature de ce phénomène. Et l’un d’entre eux fut particulièrement inspiré : pour Démocrite, la chaleur émanait de corps formés d’atomes ronds et très mobiles. Et il avait raison. Ce qui, quatre siècles avant notre ère, mérite d’être salué.

En effet, la chaleur est le résultat de l’agitation microscopique des particules. Plus les atomes remuent, gigottent, se frottent, et plus ils dégagent de la chaleur. Cette chaleur est également une forme d’énergie, qui peut donc se convertir en d’autres types d’énergies ; par exemple en énergie mécanique, ou en énergie électrique. C’est justement cette transformation (de la chaleur en mouvement, puis du mouvement à l’électricité) qu’opèrent les centrales thermiques. Ces centrales sont les plus vieilles au monde et les plus communes de nos jours. Raison de plus pour comprendre ce qu’elles sont, à quoi elles ressemblent et comment elles fonctionnent !

Les centrales thermiques : généralités

Il existe beaucoup de centrales thermiques très différentes. Néanmoins, elles partagent toutes quelques principes fondamentaux. 

Fonctionnement d’une centrale thermique

En général une centrale thermique exploite (ou produit) une source de chaleur intense pour faire bouillir de l’eau ; puis on projette la vapeur sous pression directement dans une turbine.

En tournant rapidement, la turbine actionne un alternateur, qui est en fait un simple aimant pivotant autour d’une bobine de cuivre. Ce mouvement va faire naître, à l’intérieur de la bobine, le fameux courant électrique. Les turbines à vapeur sont typiquement utilisées dans les centrales nucléaires.

Plus rares, certaines turbines fonctionnent sans eau ni vapeur, mais sont activées par les modifications de pression induites par la combustion d’un gaz ou d’un liquide. Ce type de turbine est par exemple utilisée dans les centrales à gaz ou à fioul. 

Il faut noter que les turbines à vapeur et les turbines à combustion ne sont pas mutuellement exclusives : il arrive qu’elles soient combinées dans certaines centrales à fioul et à gaz, pour obtenir un rendement maximum. 

Au final, la plupart des centrales électriques sont des centrales thermiques ! En effet, sous ce label nous retrouvons :

  • Les centrales à gaz, à fioul et à charbon – ce sont les centrales à flamme.
  • Les centrales nucléaires
  • Les centrales géothermiques
  • Certaines centrales solaires que nous décrirons un peu plus bas dans l’article.

Utilisation des centrales thermiques dans le mix énergétique mondial

Dans le monde, les centrales thermiques dominent par une écrasante majorité. En fait, 63% de la production d’électricité dans le monde provient de centrales thermiques à flamme, tandis que le nucléaire compte pour 10%. Le thermique à flamme, en particulier, semble progresser dans les pays en développement. Et ce n’est pas prêt de s’arrêter : les réserves de charbon sont estimées à 132 ans, et celles de gaz à près de 50 ans !

A moins qu’une volonté politique et populaire ne renverse la balance… Autrement dit, nous pouvons tous agir !

La France, de son côté, n’a pas fait le choix du thermique à flamme mais plutôt du thermique nucléaire, qui compte pour plus de 70% de la production électrique nationale. 

centrale nucléaire
Le nucléaire : une énergie thermique souvent oubliée…

Les grands types de centrales thermiques

Nous l’avons dit : le terme “centrale thermique” est en fait un terme générique, regroupant des technologies très différentes. Voyons-les, séparément, pour mieux dégager les spécificités de chacune. 

La centrale thermique à flamme

Ces centrales sont dites “à flamme”, car elles fonctionnent avec la chaleur issue d’une combustion. Pour qu’il y ait combustion, il faut un combustible. Celui-ci peut être du charbon, du pétrole, ou du gaz ; dans tous les cas, c’est un hydrocarbure extrait du sous-sol.

Les hydrocarbures sont riches en CO2. Quand on les brûle, ce CO2 s’échappe dans l’atmosphère et contribue grandement au réchauffement climatique.

Par ailleurs, ces centrales exploitent des sources d’énergie non-renouvelables. Quand il n’y aura plus de charbon, ou plus de gaz (même si ce n’est pas pour demain), il faudra bien passer à autre chose !

La centrale thermique nucléaire

Une centrale nucléaire est également une centrale thermique. Sauf qu’ici, pas de combustion, donc pas de flamme, car le réacteur fonctionne grâce au phénomène de fission.

Néanmoins, la centrale nucléaire utilise bien un combustible : l’uranium. 

L’atome d’uranium étant radioactif, il lui suffit d’être “chatouillé” par un neutron pour se casser en deux. Il libère alors plus de neutrons, et surtout, beaucoup d’énergie sous forme de chaleur. Les neutrons libérés viendront “chatouiller” d’autres atomes d’uranium, et ainsi de suite… C’est la fameuse “réaction en chaîne » qui se produit dans nos centrales nucléaires.

La centrale thermique solaire

A ce stade de notre article, les centrales thermiques ressemblent tout de même à des sources d’énergie plutôt polluantes ou dangereuses.

Et pourtant ! Il existe bien des centrales thermiques basées sur des énergies renouvelables. C’est le cas de certaines centrales solaires, que l’on nomme “thermodynamique” (en opposition aux centrales solaires photovoltaïques).

Ces centrales reproduisent un peu le fonctionnement des fours solaires, où de nombreux de miroirs inclinés concentrent la chaleur des rayons lumineux sur un (ou plusieurs) point(s) précis. La chaleur va s’emmagasiner dans un fluide caloporteur qui servira, ensuite, de source de chaleur primaire pour une centrale thermique classique. Dans la mesure où le fluide restera chaud bien après le coucher du soleil, ce type de centrale peut fonctionner de jour comme de nuit !

Les centrales géothermiques

Il existe un autre type de centrale thermique basé sur une énergie renouvelable : ce sont les centrales géothermiques. L’énergie géothermique consiste à projeter de l’eau dans les profondeurs de la terre. Là, plusieurs kilomètres sous la surface, l’eau va se transformer en vapeur sous pression pouvant atteindre les 200°. En remontant, cette vapeur actionnera la turbine qui créera l’électricité.

L’énergie géothermique a de nombreux avantages mais aussi des inconvénients. D’un côté, ce type de centrale n’émet pas de CO2 et peut être construite dans tous les pays ; de l’autre, les investissements nécessaires sont importants et les rendements plutôt faibles – par ailleurs, certaines infrastructures profondes peuvent occasionner des risques sismiques.

Désormais, vous connaissez tous les types de centrales thermiques ! Mais pourquoi ces centrales sont-elles si populaires dans le monde, et est-ce une bonne chose ? Pour le comprendre, il va falloir étudier leurs avantages et leurs inconvénients

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