Un générateur électrique est une machine capable de transformer un certain type d’énergie en courant électrique. La source d'énergie peut être très variée : énergie chimique, énergie mécanique, énergie lumineuse ou encore énergie thermique.
Les mécanismes qui effectuent cette conversion d'énergie peuvent inclure des turbines à vapeur, des turbines à gaz, des turbines à eau, des moteurs à combustion interne et même des manivelles.
Les générateurs électriques sont des appareils électriques capables de maintenir une différence de potentiel électrique (tension) entre deux points. C'est-à-dire des appareils qui produisent de l'énergie électrique.
Le premier générateur électromagnétique, le disque de Faraday, a été inventé en 1831 par le scientifique britannique Michael Faraday. Les générateurs fournissent presque toute l’énergie nécessaire aux réseaux électriques.
Aujourd’hui, il est possible d’acheter un générateur électrique pour presque tous les besoins.
Types de générateurs électriques
Il existe différents types de générateurs électriques, chacun ayant ses propres caractéristiques :
-
Générateurs mécaniques : Ils utilisent l’énergie mécanique pour produire de l’électricité, leur application étant courante dans l’industrie. Ils se distinguent par leur efficacité et leur diversité, notamment les générateurs diesel et essence.
-
Générateurs solaires : Ils transforment l'énergie solaire en électricité grâce à des panneaux photovoltaïques, générant du courant continu.
-
Générateurs thermiques : Ils convertissent l'énergie thermique en électricité.
-
Générateurs chimiques : Ils convertissent l’énergie chimique en électricité, les batteries en sont un exemple.
Générateur électrique mécanique
Ils fonctionnent selon le principe de l'induction électromagnétique, où un champ magnétique agit sur des conducteurs électriques disposés en bobines. Le mouvement relatif entre les conducteurs et le champ génère une force électromotrice découverte par Michael Faraday. Ces générateurs varient en taille, depuis les petits moteurs diesel jusqu'aux machines industrielles, souvent équipées d'un démarrage électrique. L'énergie mécanique est obtenue grâce à des moteurs thermiques, tels que des moteurs à essence ou diesel, utilisés dans les centrales thermoélectriques et nucléaires.
Dans le cas des dynamos, le principe électromagnétique est utilisé pour convertir la rotation mécanique en courant alternatif, dispositif fondamental depuis son invention en 1832 par Hippolytus Pixie.
Générateurs thermoélectriques (TEG)
Ces appareils convertissent la différence de température directement en électricité grâce à l'effet Seebeck. Bien qu’ils ne comportent pas de pièces mobiles, leur efficacité est faible et leur coût est élevé. Son application est attendue dans l’industrie automobile, tirant parti de la chaleur des gaz d’échappement. Ils peuvent fonctionner en conjonction avec le photovoltaïque pour augmenter l’efficacité.
Générateur thermoélectrique à radio-isotopes (RTG)
Utilisé dans les vaisseaux spatiaux, il convertit l’énergie libérée par la désintégration radioactive des éléments en électricité. Convient aux situations sans présence humaine et où une alimentation soutenue est requise pendant de longues périodes, constituant une alternative dans les environnements où les cellules photovoltaïques ne sont pas viables.
Générateurs solaires (photovoltaïques)
Ils fonctionnent grâce à l'effet photovoltaïque, où les panneaux photovoltaïques libèrent des électrons lors de l'impact avec un photon, générant ainsi un courant électrique continu. Le silicium est le matériau couramment utilisé dans ces cellules.
Exemples d'utilisations et d'applications
Ci-dessous, nous montrons plusieurs exemples d'applications utilisant des générateurs d'électricité :
Centrale électrique
Une centrale électrique est définie comme une installation industrielle dédiée à la production d’électricité grâce à l’utilisation de générateurs mécaniques. Le courant électrique est généré par le mouvement relatif entre un flux magnétique et un conducteur.
L'énergie dans les centrales électriques est obtenue à partir de diverses sources, telles que :
- Combustibles fossiles : prédominants dans la plupart des centrales électriques du monde.
- Réactions nucléaires : Utilisé dans les centrales nucléaires.
- Énergies renouvelables : Y compris le solaire, l’éolien et l’hydroélectrique.
Générateurs de véhicules
Les générateurs jouent un rôle crucial dans la propulsion de divers moyens de transport :
- Véhicules routiers : Ils ont besoin d’énergie électrique pour alimenter les instruments, faire tourner le moteur et recharger les batteries.
- Voiliers : ils peuvent utiliser des générateurs d'eau ou d'énergie éolienne pour charger les batteries à l'aide de petites hélices, d'éoliennes ou de propulseurs, fournissant du courant à des vitesses de vent ou de croisière typiques.
- Scooters électriques : Les scooters électriques avec freinage par récupération ont gagné en popularité dans le monde entier.
Groupes électrogènes
Un moteur-générateur est formé en combinant un générateur électrique et un moteur, formant une unité autonome. Les moteurs à pistons alternatifs sont souvent utilisés, bien qu'il existe également des variantes utilisant des turbines à gaz.
Générateurs d'électricité dans les centrales nucléaires
Les générateurs électriques des centrales nucléaires sont principalement de type synchrone, produisant un courant alternatif synchronisé avec la fréquence du réseau électrique.
Équipés de bobines de stator et de rotors, ces générateurs utilisent des systèmes de refroidissement avancés, tels que le liquide de refroidissement à l'hydrogène, pour maintenir des températures sûres. Avec une capacité de charge importante, ils disposent de systèmes de contrôle sophistiqués pour réguler la puissance de sortie en fonction des demandes électriques.
De plus, ils disposent également de secours d'urgence, tels que des moteurs diesel, pour assurer une production continue même dans des situations critiques.