[:fr]L’électricité

L’électricité est un phénomène physique connu depuis des milliers d’années !

Bien que l’électricité existe depuis les débuts de l’univers, et que son histoire vue par les hommes remonte aux débuts de l’humanité, sa théorisation et sa compréhension sont relativement récentes, au regard de la très longue période d’applications empiriques imaginées par les hommes.

Comment peut-on définir l’électricité ? Quel est le fonctionnement technique ou scientifique de l’électricité ? À quand remonte sa découverte et quels sont les enjeux de stockage par rapport à l’énergie ?

Nous répondons à ces questions dans ce dossier :

Définition :

L’électricité est un phénomène électromagnétique créé par l’interaction de particules présentes dans la matière qui sont chargées positivement ou négativement et dont les effets peuvent être utilisés pour générer de l’énergie.

La matière est composée d’atomes constitués d’un noyau central, formé de protons et de neutrons. Les protons ont une charge positive et les neutrons, comme leur nom l’indique, sont neutres et n’ont pas de charge. Autour du noyau de l’atome gravitent plusieurs électrons qui ont une charge négative.

La charge négative des électrons et la charge positive des protons sont de même grandeur dans un atome. L’atome est normalement électriquement neutre. Par contre, un électron peut quitter l’atome ou s’y ajouter dans certaines conditions. Les électrons peuvent donc circuler dans la matière et créer un courant électrique, comme ils peuvent s’accumuler en certains endroits et créer de l’électricité statique.

Nous vous expliquons le fonctionnement de l’électricité à travers ses différentes propriétés :

En frottant une règle en plastique sur du papier, les électrons superficiels des atomes du papier rejoignent les atomes de la règle. Les charges électriques sont donc piégées dans des matériaux isolants qui les empêchent de circuler. Ce phénomène appelé électricité statique, peut se manifester très rapidement lorsque l’on touche la règle par un léger choc électrique. La quantité d’électricité statique produite n’est pas suffisante pour être industrialisée, et ne peut aucunement satisfaire nos besoins énergétiques habituels.

On désigne par électricité dynamique, les électrons qui, au lieu d’être piégés dans des matériaux isolants, se déplacent à l’aide d’un fil conducteur (les métaux, l’eau salée ou bien le corps humain sont de bons conducteurs) créant ainsi un courant électrique. Le courant est dit continu lorsque les électrons se déplacent dans un conducteur dans une même direction. Le courant alternatif correspond au mouvement des électrons qui alterne entre un sens et un autre. Ce mouvement de va-et-vient des charges électriques est produit entre autres par la rotation d’un alternateur.

L’électricité est une énergie secondaire ou un vecteur d’énergie, elle est générée à partir de la transformation d’une énergie primaire au moyen d’un système de conversion. Les énergies primaires, autrement appelées énergies propre/énergies renouvelables (nous en avons discuté lors d’un dossier précédent)  sont celles disponible dans la nature comme les énergies fossiles, la géothermie, le rayonnement solaire, le vent ou encore la biomasse.

Histoire, stockage et enjeux :

La maîtrise de l’électricité s’est développée au XIXe siècle, notamment avec l’ampoule à incandescence de Thomas Edison, et a entraîné la seconde révolution industrielle. L’électricité est d’abord utilisée à des fins industrielles : moteurs et chauffage des pièces et d’aménagement du territoire, transport et éclairage public. Peu à peu, l’électricité entre dans les foyers et, multipliant ses usages domestiques, révolutionne les habitudes et le rythme de vie. L’électricité sert de nos jours dans l’éclairage, le chauffage et dans le fonctionnement de nos appareils et gadgets technologiques indispensables à notre quotidien. Couplée à l’électronique, l’électricité est un remarquable vecteur énergétique par la souplesse et l’efficacité des processus qu’elle met en œuvre. Bien que ses usages se font sans émission de polluants (CO2), sa production dans les centrales s’accompagne généralement d’enjeux considérables pour l’atmosphère.  

Principal indicateur de développement humain, et indispensable pour satisfaire nos besoins énergétiques, l’électricité est difficilement stockable en quantité suffisante et à des coûts abordables. Les solutions directes requièrent des conducteurs « sans résistance » appelés supraconducteurs, dans lesquels il est théoriquement possible de faire circuler sans perte l’électricité que l’on souhaite stocker, mais ils ne sont réservés qu’à des applications particulières. Par ailleurs les solutions indirectes ne fournissent que des solutions partielles, onéreuses et souvent locales (batteries d’accumulateurs, power-to-gas, air comprimé qu’on détend ensuite, eau relevée entre deux barrages, etc.).

Dans les pays à forte consommation électrique, l’amélioration des réseaux de transport et de distribution apparaît essentielle pour limiter les pertes énergétiques. Le développement progressif des réseaux intelligents – smart grids – permet une optimisation des flux électriques, en jouant plus rapidement et efficacement sur la production comme sur la consommation.

Le développement des solutions de stockage de l’électricité, combiné avec celui des réseaux intelligents est primordial pour une optimisation des flux électriques, et est particulièrement important pour les énergies renouvelables.

Ingenios, cherchant constamment à innover et à veiller sur les dernières normes et technologies de pointe vous offre des solutions de stockage conformes au respect de l’environnement et de l’écologie.

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La consommation énergétique des ménages ne cesse d’augmenter, mais celle liée à l’usage d’Internet et de stockage de données devient de plus en plus significative. Comme le démontre une étude datant de juillet 2014, naviguer sur le web consomme considérablement beaucoup d’énergie, non seulement à cause des centres de données, mais principalement à cause de la conception de sites web et des habitudes des internautes. Près de 25 ans après la naissance du web, sa croissance émergente pose de sérieux défis énergétiques, et il n’est pas incommun que certains prédisent déjà son effondrement dans quelques années seulement.

La consommation énergétique au niveau mondiale des infrastructures nécessaires à Internet (centre de données, liaisons et matériel réseaux, etc.) était estimée à 0,8 % en 2005. Elle excédait par ailleurs déjà 2 %, en 2012 autant que l’aérien civil ! C’est l’équivalent de la production de 40 centrales nucléaire. Cette consommation double considérablement tous les 4 ans.
Une bonne partie de l’énergie pour les pays industrialisés, les plus connectés, est utilisée pour Internet : une étude de la prestigieuse Royal Society britannique au Royaume-Uni indique que la consommation globale du pays est de 16%, elle a également organisé un symposium scientifique mi-mai 2015 sur la question du « capacity crunch » (la crise de capacité) d’Internet. Andrew Ellis, de l’Université Aston de Birmingham, explique dans le Daily Mail : « la demande rattrape l’offre. On s’en est très bien sortis pendant des années, mais on arrive au point où on ne peut pas continuer pour toujours« .

Gerhard Fettweis de l’Université de Dresde estimait en 2008 qu’à ce rythme, la consommation énergétique liée au web atteindrait, en 2030, l’équivalent de la consommation énergétique mondiale de 2008, tous secteurs confondus. Cela va sans dire que la consommation du réseau des réseaux posera de sérieux défis pour les ingénieurs. Raison pour laquelle Andrew Ellis, tirait la sonnette d’alarme : « Nous allons arriver à court d’énergie dans une quinzaine d’années. »

Afin donc de répondre aux défis énergétiques, les grandes firmes et industries eurent recourt aux énergies renouvelables ou vertes.

A titre de définition, on parle d’énergie propre ou énergie verte quand il s’agit d’une source d’énergie primaire produisant une quantité faible de polluants (tels que des gaz à effet de serre, comme le CO2) , lorsqu’elle est transformée en énergie finale puis utilisée comme telle. Ce concept est à ne pas confondre avec celui de l’énergie renouvelable, qui se définit par le fait qu’elle se reconstitue et non qu’elle ne produise aucune pollution ou aucun déchet. Ceci dit, le rayonnement solaire ou l’énergie éolienne sont à la fois des sources d’énergie propre et interminable, autrement dit : renouvelable. Mais il faut garder à l’esprit qu’énergie propre n’est pas forcément synonyme de renouvelable ! Plus efficace que les installations traditionnelles, la cogénération (la production simultanée, dans un seul processus, d’énergie thermique et d’énergie électrique ou mécanique) produit aussi de l’énergie verte, mais elle ne peut être considérée comme renouvelable que si le combustible utilisé est lui-même renouvelable comme, par exemple, l’huile de colza ou le biogaz.

Porté par les incitations et autres programmes gouvernementaux, notamment américains, le marché du solaire et de l’éolien est aujourd’hui en pleine croissance. Le prix de construction et d’entretien de centrales a lui aussi fortement baissé, permettant ainsi aux entreprises les plus riches d’investir dans le renouvelable pour faire baisser leurs coûts à long terme.

C’est tout d’abord Microsoft qui a annoncé un accord de 20 ans avec RES Americas pour acheter l’énergie provenant d’une ferme éolienne géante au Texas. Pour Microsoft, le but d’un tel investissement est de subvenir à la demande grandissante en énergie que nécessite l’hébergement des données de 1 milliard d’utilisateurs et de 20 millions d’entreprises (et notamment son service dans le nuage OneDrive).

Les dirigeants d’Apple semblent eux aussi avoir anticipé cette fusion des technologies numériques et des énergies renouvelables, puisque le groupe serait en train de travailler à la construction d’une usine à Mesa en Arizona, elle aussi alimentée en énergie verte.

Google qui est impliqué depuis des années dans plusieurs projets de production d’énergie verte, n’est pas en reste puisque l’entreprise a annoncé le mois dernier son intention d’investir 103 millions de dollars dans une centrale électrique photovoltaïque en Californie. D’une capacité de production de 265 mégawatts, le projet Mount Signal Solar serait déjà en phase avancée et impliquerait la participation du Silver Ridge Power, anciennement AES.

Conformément à son engagement en matière de durabilité, Ingenios a adopté le système de gestion des énergies renouvelables qui centralise et optimise les activités des producteurs d’énergie renouvelable, et offre des capacités étendues de surveillance, de contrôle en temps réel et de gestion de la performance opérationnelle. Spécialement conçu pour les producteurs d’énergie renouvelable, le système de gestion des énergies renouvelables peut être adapté à d’autres formes de production d’énergie, dont l’énergie photovoltaïque, éolienne en mer, Biomasse, Bio thermie…

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