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title: "De la centrale à la maison : l’alternateur"
book: "Physique du primaire et du collège"
subject: physics
language: fr
chapter: 69
exercises: 12
source: https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/69-de-la-centrale-a-la-maison-lalternateur
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# Chapitre 69 — De la centrale à la maison : l’alternateur

Une année entière de [kilowattheures](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/68-la-puissance-et-lenergie-electriques#def-g9-electric-power-energy-kwh) a traversé tes audits — mais d’où venaient-ils ? Suis le câble hors de la maison, sous la rue, le long des pylônes, et il s’achève sur une machine qui tourne dans une grande halle : l’[alternateur](#def-g9-alternator-alternator). Son secret est la plus jolie surprise de l’électricité de ce livre : la découverte de l’an dernier, le courant qui fabrique du magnétisme, prise à l’envers.

## 69.1 L’induction : l’effet retourné

**Proposition 69.1 (Induction électromagnétique).**

Déplace un [aimant](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/6-les-aimants#def-g1-magnets-magnet) près d’un [circuit fermé](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/16-un-premier-circuit-electrique#def-g3-first-electric-circuit-circuit) — ou déplace le circuit près de l’[aimant](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/6-les-aimants#def-g1-magnets-magnet) — et, tant que dure le mouvement, une [tension](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/56-la-tension-et-le-voltmetre#def-g8-voltage-voltmeter-voltage) apparaît et entraîne un courant : de l’électricité *induite* par un magnétisme qui change. Les règles, tirées de l’établi :

1. seul le *changement* induit : [aimant](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/6-les-aimants#def-g1-magnets-magnet) au repos à côté de la bobine, rien — si puissant que soit l’ [aimant](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/6-les-aimants#def-g1-magnets-magnet) ;
2. mouvement plus rapide, [aimant](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/6-les-aimants#def-g1-magnets-magnet) plus fort, plus de spires à la bobine : [tension](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/56-la-tension-et-le-voltmetre#def-g8-voltage-voltmeter-voltage) induite plus grande ;
3. inverse le mouvement, tu inverses le courant induit — l’approche et le retrait entraînent des marches opposées.

L’an dernier, un courant fabriquait du magnétisme ; cette année, un magnétisme en mouvement fabrique un courant. Les deux effets sont une seule pièce, lue sur ses deux faces — et la seconde face alimente la civilisation.

**Méthode 69.2 (L’induction sur l’établi).**

Une bobine à nombreuses spires, un [aimant](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/6-les-aimants#def-g1-magnets-magnet) droit, un appareil sensible à zéro central :

1. brancher l’appareil aux [bornes](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/16-un-premier-circuit-electrique#def-g3-first-electric-circuit-battery) de la bobine ; tenir l’ [aimant](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/6-les-aimants#def-g1-magnets-magnet) immobile à l’intérieur : l’aiguille dort à zéro — la [force](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/12-pousser-et-tirer-les-forces#def-g2-pushes-and-pulls-force) seule n’induit rien ;
2. enfoncer l’ [aimant](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/6-les-aimants#def-g1-magnets-magnet) : l’aiguille bondit d’un côté — et revient à zéro à l’instant où le mouvement cesse ;
3. le retirer : un bond égal, de l’autre côté ;
4. l’enfoncer plus vite : un bond plus grand. Fais aller et venir l’ [aimant](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/6-les-aimants#def-g1-magnets-magnet) en cadence, et l’aiguille oscille à gauche, à droite, à gauche — tu fabriques à la main un [courant alternatif](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/67-le-courant-alternatif#def-g9-alternating-current-dcac) .

![L’induction sur l’établi : seul un aimant en mouvement réveille la bobine — et le bond de l’aiguille s’inverse avec le mouvement.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/physics-1/g9-alternator/fig-2917b9ab29b7.svg)

*L’induction sur l’établi : seul un [aimant](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/6-les-aimants#def-g1-magnets-magnet) *en mouvement* réveille la bobine — et le bond de l’aiguille s’inverse avec le mouvement.*

## 69.2 L’alternateur

**Définition 69.3 (Alternateur).**

Un *alternateur* est l’induction rendue infatigable : un [aimant](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/6-les-aimants#def-g1-magnets-magnet) tourné régulièrement à côté d’une bobine fixe (ou une bobine tournée dans un champ magnétique). Chaque demi-tour amène un pôle vers la bobine, puis l’emporte — du changement, sans cesse renouvelé — si bien que la [tension](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/56-la-tension-et-le-voltmetre#def-g8-voltage-voltmeter-voltage) induite oscille positive, négative, positive : *alternative*, par construction, traçant exactement la douce sinusoïde du chapitre de l’[oscilloscope](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/67-le-courant-alternatif#met-g9-alternating-current-scope). Tourne à cinquante tours par seconde et la sortie alterne à $50\,\mathrm{Hz}$ : la [fréquence](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/62-le-son-vitesse-hauteur-intensite-sonore#def-g8-sound-pitch-loudness-frequency) du réseau *est* une [vitesse](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/52-graphiques-du-mouvement-et-vitesse-moyenne#def-g7-motion-average-speed-formula) de rotation, tenue au pas par chaque centrale du réseau.

**Exemple 69.4 (La dynamo de ta roue).**

La dynamo de bicyclette est un [alternateur](#def-g9-alternator-alternator) de poche : la roue fait tourner un petit [aimant](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/6-les-aimants#def-g1-magnets-magnet) dans une bobine fixe, et la lampe s’allume — plus brillante et à plus haute [fréquence](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/62-le-son-vitesse-hauteur-intensite-sonore#def-g8-sound-pitch-loudness-frequency) à mesure que tu pédales plus fort, exactement comme le promettent les règles de l’établi (et papillotante au pas, comme l’observait le chapitre de l’alternatif). Son prix est honnête aussi : la dynamo freine — allumer la lampe coûte à tes jambes un effort bien réel. L’induction ne donne aucune [énergie](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/29-lenergie-dans-la-vie-de-tous-les-jours#def-g5-everyday-energy-energy) ; elle *convertit* du mouvement en électricité, [joule](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/66-lenergie-cinetique-et-la-securite-routiere#def-g9-kinetic-energy-safety-joule) pour [joule](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/66-lenergie-cinetique-et-la-securite-routiere#def-g9-kinetic-energy-safety-joule), moins l’impôt du frottement.

![Une centrale hydroélectrique : l’eau élevée dévale, fait tourner les turbines, et les alternateurs expédient l’énergie au loin le long des fils.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/physics-1/g9-alternator/img-8443687dded2.jpg)

*Une centrale hydroélectrique : l’eau élevée dévale, fait tourner les turbines, et les [alternateurs](#def-g9-alternator-alternator) expédient l’[énergie](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/29-lenergie-dans-la-vie-de-tous-les-jours#def-g5-everyday-energy-energy) au loin le long des fils.*

## 69.3 Toutes les centrales sont une seule machine

**Proposition 69.5 (Le cœur commun).**

La quasi-totalité de l’électricité du monde, quelle que soit sa réclame, se fabrique de la même façon : quelque chose fait tourner une *turbine* — un robuste moulin à pales — et la turbine fait tourner un [alternateur](#def-g9-alternator-alternator). Les centrales ne diffèrent que par *ce qui pousse les pales* :

1. les centrales thermiques font bouillir de l’eau en brûlant du charbon ou du gaz — des jets de vapeur entraînent la turbine ;
2. les centrales nucléaires font bouillir la même eau avec la [chaleur](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/34-chaleur-et-isolation#def-g5-heat-and-insulation-heat) d’atomes que l’on brise — de la vapeur encore ;
3. les barrages hydroélectriques laissent un lac de montagne tomber au travers des pales — la chaîne du barrage de l’enfance, achevée ;
4. les éoliennes se passent d’intermédiaire : le [vent](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/10-lair-autour-de-nous#def-g2-air-around-us-wind) est la poussée des pales, avec un [alternateur](#def-g9-alternator-alternator) dans chaque nacelle.

Une exception confirme la règle : les panneaux solaires fabriquent de l’électricité sans la moindre rotation — par un effet de la [lumière](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-source) qui appartient aux années d’université.

![Toutes les centrales, une seule chaîne : quelque chose fait tourner la turbine, la turbine fait tourner l’alternateur, et l’induction fait le reste. Seule la première case change d’une centrale à l’autre.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/physics-1/g9-alternator/fig-44905666309f.svg)

*Toutes les centrales, une seule chaîne : quelque chose fait tourner la turbine, la turbine fait tourner l’[alternateur](#def-g9-alternator-alternator), et l’induction fait le reste. Seule la première case change d’une centrale à l’autre.*

**Exemple 69.6 (Des chaînes, auditées).**

Écris chaque centrale comme une chaîne d’[énergie](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/29-lenergie-dans-la-vie-de-tous-les-jours#def-g5-everyday-energy-energy) de l’enfance, désormais dotée d’un vocabulaire professionnel. Le barrage : réserve de hauteur $\to$ mouvement de l’eau qui tombe $\to$ rotation $\to$ électricité — et c’est le Soleil, rappelle-toi, qui a élevé ce lac par évaporation : l’hydroélectricité est du soleil différé en pluie. La centrale à charbon : réserve chimique $\to$ [chaleur](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/34-chaleur-et-isolation#def-g5-heat-and-insulation-heat) $\to$ mouvement de la vapeur $\to$ rotation $\to$ électricité — avec de la [chaleur](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/34-chaleur-et-isolation#def-g5-heat-and-insulation-heat) qui fuit à chaque flèche, comme l’avouent les panaches des tours de refroidissement. Le [vent](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/10-lair-autour-de-nous#def-g2-air-around-us-wind) : de l’[air](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/10-lair-autour-de-nous#def-g2-air-around-us-air) en mouvement (brassé par le Soleil) directement en rotation. Les sources que la nature remplit à nouveau — l’eau, le [vent](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/10-lair-autour-de-nous#def-g2-air-around-us-wind), la [lumière](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-source) du Soleil — sont dites *renouvelables* ; les réserves brûlées et brisées sont dépensées pour toujours à l’échelle humaine.

**Remarque 69.7 (Pourquoi les pylônes ronronnent à 400000 volts).**

La dernière promesse du chapitre de l’alternatif arrive à échéance. Une ville a besoin, mettons, de cent millions de [watts](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/68-la-puissance-et-lenergie-electriques#def-g9-electric-power-energy-power). D’après $P = U I$, cette [puissance](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/68-la-puissance-et-lenergie-electriques#def-g9-electric-power-energy-power) peut voyager comme un courant énorme sous une [tension](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/56-la-tension-et-le-voltmetre#def-g8-voltage-voltmeter-voltage) modeste — ou comme un courant modeste sous une [tension](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/56-la-tension-et-le-voltmetre#def-g8-voltage-voltmeter-voltage) énorme. Or les fils s’échauffent avec le *courant* (le vieil [effet thermique](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/54-le-courant-electrique-et-ses-effets#prop-g8-electric-current-effects-three)), et chaque degré de pylône échauffé est de l’[énergie](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/29-lenergie-dans-la-vie-de-tous-les-jours#def-g5-everyday-energy-energy) payée puis perdue pour les corbeaux. Le réseau transporte donc sous des [tensions](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/56-la-tension-et-le-voltmetre#def-g8-voltage-voltmeter-voltage) à couper le souffle — des centaines de milliers de [volts](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/56-la-tension-et-le-voltmetre#def-g8-voltage-voltmeter-voltage), des courants minuscules, des pertes minimales — puis abaisse la [tension](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/56-la-tension-et-le-voltmetre#def-g8-voltage-voltmeter-voltage), quartier après quartier, jusqu’aux $230\,\mathrm{V}$ apprivoisés de ton mur. La machine qui abaisse, le *transformateur*, n’est que deux bobines et de l’induction une fois de plus — et elle ne fonctionne que sur un courant qui alterne : tout le réseau parle alternatif parce que le transformateur le parle.

## 69.4 Exercices

**Exercice 69.1 ★.**

Énonce les trois règles d’établi de l’induction. Qu’induit un [aimant](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/6-les-aimants#def-g1-magnets-magnet) puissant *au repos* ?

**Solution de Exercice 69.1.**

Seul le changement induit ; un mouvement plus rapide, un [aimant](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/6-les-aimants#def-g1-magnets-magnet) plus fort et plus de spires donnent une [tension](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/56-la-tension-et-le-voltmetre#def-g8-voltage-voltmeter-voltage) plus grande ; un mouvement inversé inverse le courant. Un [aimant](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/6-les-aimants#def-g1-magnets-magnet) au repos, si puissant soit-il, n’induit exactement rien.

**Exercice 69.2 ★.**

Pourquoi la sortie d’un [alternateur](#def-g9-alternator-alternator) est-elle alternative ? Relie les changements de signe à la rotation.

**Solution de Exercice 69.2.**

Chaque demi-tour du rotor amène un pôle vers la bobine (induisant dans un sens), puis l’emporte (induisant dans l’autre) : la [tension](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/56-la-tension-et-le-voltmetre#def-g8-voltage-voltmeter-voltage) doit changer de signe à chaque demi-rotation — l’alternance est bâtie dans la rotation.

**Exercice 69.3 ★.**

À quelle [vitesse](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/52-graphiques-du-mouvement-et-vitesse-moyenne#def-g7-motion-average-speed-formula) de rotation un [alternateur](#def-g9-alternator-alternator) alimente-t-il un réseau à $50\,\mathrm{Hz}$ ? Sur quoi toutes les centrales du réseau doivent-elles donc s’accorder ?

**Solution de Exercice 69.3.**

Cinquante tours par seconde (pour la machine à deux pôles, la plus simple). Toutes les centrales doivent tenir exactement la même cadence de rotation — le réseau entier tourne au pas, en partageant une seule [fréquence](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/62-le-son-vitesse-hauteur-intensite-sonore#def-g8-sound-pitch-loudness-frequency).

**Exercice 69.4 ★.**

Nomme les deux cases universelles de toute centrale, et la case qui change entre le charbon, l’atome, le barrage et le [vent](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/10-lair-autour-de-nous#def-g2-air-around-us-wind).

**Solution de Exercice 69.4.**

La turbine et l’[alternateur](#def-g9-alternator-alternator). Seul change ce qui pousse les pales : la vapeur de la flamme, la vapeur de l’atome, le lac qui tombe, ou le [vent](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/10-lair-autour-de-nous#def-g2-air-around-us-wind).

**Exercice 69.5 ★.**

Écris la chaîne hydroélectrique du lac de montagne jusqu’à ta lampe — et nomme la machine céleste qui a rempli le lac.

**Solution de Exercice 69.5.**

Réserve de hauteur du lac $\to$ mouvement de l’eau qui tombe $\to$ rotation de la turbine $\to$ électricité de l’[alternateur](#def-g9-alternator-alternator) $\to$ transformateur et réseau $\to$ lampe. C’est le Soleil qui a rempli le lac : l’évaporation a soulevé la mer, la pluie l’a livrée aux montagnes.

**Exercice 69.6 ★.**

Pourquoi pédaler devient-il plus dur à l’instant où la lampe de la dynamo s’allume ? Quel principe interdit qu’il en soit autrement ?

**Solution de Exercice 69.6.**

L’[énergie](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/29-lenergie-dans-la-vie-de-tous-les-jours#def-g5-everyday-energy-energy) de la lampe doit venir de quelque part, et la seule réserve d’une bicyclette est le cycliste : la dynamo convertit le travail des jambes en [lumière](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-source), si bien que les [joules](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/66-lenergie-cinetique-et-la-securite-routiere#def-g9-kinetic-energy-safety-joule) de la lampe apparaissent comme un freinage supplémentaire. L’[énergie](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/29-lenergie-dans-la-vie-de-tous-les-jours#def-g5-everyday-energy-energy) se convertit, elle ne s’invoque jamais — la plus ancienne loi du cours.

**Exercice 69.7 ★.**

Trie en renouvelable et non renouvelable : le [vent](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/10-lair-autour-de-nous#def-g2-air-around-us-wind) ; le charbon ; le lac du barrage ; l’uranium ; la [lumière](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-source) du Soleil. Qu’est-ce qui définit ce tri ?

**Solution de Exercice 69.7.**

[Renouvelables](#ex-g9-alternator-chains) : le [vent](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/10-lair-autour-de-nous#def-g2-air-around-us-wind), le lac (la pluie le remplit à nouveau), la [lumière](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-source) du Soleil. Non [renouvelables](#ex-g9-alternator-chains) : le charbon, l’uranium — dépensés pour toujours à l’échelle humaine. Le tri pose la question : la nature remplit-elle la réserve au rythme où nous la vidons ?

**Exercice 69.8 ★.**

Pourquoi le réseau expédie-t-il sa [puissance](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/68-la-puissance-et-lenergie-electriques#def-g9-electric-power-energy-power) sous des centaines de milliers de [volts](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/56-la-tension-et-le-voltmetre#def-g8-voltage-voltmeter-voltage) ? Nomme la formule qui offre le choix et l’effet qui le tranche.

**Solution de Exercice 69.8.**

$P = U I$ permet à une même [puissance](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/68-la-puissance-et-lenergie-electriques#def-g9-electric-power-energy-power) de voyager sous haute [tension](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/56-la-tension-et-le-voltmetre#def-g8-voltage-voltmeter-voltage) avec un faible courant ; l’[effet thermique](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/54-le-courant-electrique-et-ses-effets#prop-g8-electric-current-effects-three) fait croître les pertes des fils avec le courant. Courant faible, fils froids, [énergie](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/29-lenergie-dans-la-vie-de-tous-les-jours#def-g5-everyday-energy-energy) économisée — le réseau expédie donc haut et abaisse au pas de la porte.

**Exercice 69.9 ★★.**

Un [alternateur](#def-g9-alternator-alternator) de démonstration actionné lentement à la manivelle allume sa lampe faiblement, avec un papillotement visible ; actionné vite, il l’allume vivement et régulièrement. Rends compte des deux changements avec les règles de l’établi et le chapitre des [fréquences](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/62-le-son-vitesse-hauteur-intensite-sonore#def-g8-sound-pitch-loudness-frequency).

**Solution de Exercice 69.9.**

Manivelle lente : petite [tension](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/56-la-tension-et-le-voltmetre#def-g8-voltage-voltmeter-voltage) induite (deuxième règle) — lampe faible — à quelques cycles par seconde : papillotement visible, sous le taux de fusion de l’œil. Manivelle rapide : [tension](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/56-la-tension-et-le-voltmetre#def-g8-voltage-voltmeter-voltage) plus grande — lampe vive — et une [fréquence](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/62-le-son-vitesse-hauteur-intensite-sonore#def-g8-sound-pitch-loudness-frequency) que l’œil fond en une lueur lisse. Deux réglages, une seule manivelle.

**Exercice 69.10 ★★.**

Une centrale délivre $1 \times 10^{8}\,\mathrm{W}$. Compare les courants nécessaires sous $230\,\mathrm{V}$ et sous $400\,000\,\mathrm{V}$ (en notation scientifique). Lequel de vrais câbles pourraient-ils porter ?

**Solution de Exercice 69.10.**

Sous $230\,\mathrm{V}$ : $I = 1 \times 10^{8} \div 230 \approx 4.3 \times 10^{5}\,\mathrm{A}$ — quatre cent mille [ampères](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/55-lintensite-du-courant-et-lamperemetre#def-g8-intensity-ammeter-intensity) : aucun câble sur Terre. Sous $400\,000\,\mathrm{V}$ : $I = 1 \times 10^{8} \div 4 \times 10^{5} = 250\,\mathrm{A}$ — un câble de transport ordinaire. L’affaire du transformateur est close.

**Exercice 69.11 ★★.**

Les centrales thermiques et nucléaires sont, au fond, des bouilloires élaborées. Défends ce slogan par leurs chaînes — et situe l’unique maillon par lequel les deux diffèrent.

**Solution de Exercice 69.11.**

Les deux chaînes se lisent : réserve $\to$ [chaleur](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/34-chaleur-et-isolation#def-g5-heat-and-insulation-heat) $\to$ eau qui bout $\to$ mouvement de la vapeur $\to$ rotation $\to$ électricité — des bouilloires élaborées qui nourrissent des turbines. Les chaînes ne diffèrent qu’à un seul maillon : ce qui fabrique la [chaleur](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/34-chaleur-et-isolation#def-g5-heat-and-insulation-heat) — la chimie du charbon qui brûle, ou les noyaux d’uranium que l’on brise.

**Exercice 69.12 ★★★.**

Le grand tour, parcouru à l’envers : ce soir, ta lampe brille sous $230\,\mathrm{V}$. Remonte son [énergie](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/29-lenergie-dans-la-vie-de-tous-les-jours#def-g5-everyday-energy-energy) à travers chaque case — transformateur, pylônes, [alternateur](#def-g9-alternator-alternator), turbine, et une réserve primaire de ton choix — en nommant la forme d’[énergie](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/29-lenergie-dans-la-vie-de-tous-les-jours#def-g5-everyday-energy-energy) à chaque étape et les fuites en chemin. Puis réponds à la question de l’enfance par une phrase de dernière année : d’où vient, en dernier ressort, la [lumière](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-source) de ta chambre ?

**Solution de Exercice 69.12.**

En remontant : les $230\,\mathrm{V}$ du mur sont passés par le transformateur de quartier ([tension](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/56-la-tension-et-le-voltmetre#def-g8-voltage-voltmeter-voltage) abaissée), le long des pylônes à des centaines de kilovolts (forme de transport : de l’alternatif à haute [tension](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/56-la-tension-et-le-voltmetre#def-g8-voltage-voltmeter-voltage), qui laisse fuir un peu de [chaleur](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/34-chaleur-et-isolation#def-g5-heat-and-insulation-heat)), depuis un [alternateur](#def-g9-alternator-alternator) (rotation convertie en électricité, par induction), mis en rotation par une turbine (mouvement de la vapeur ou de l’eau), nourrie par une réserve — disons le lac élevé du barrage, élevé par l’évaporation du Soleil. D’où la phrase de dernière année : la [lumière](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-source) de ta chambre est du soleil — stocké, tombé, mis en rotation et expédié.

## 69.5 Problème : garde de nuit à la centrale

**Problème 69.1.**

Problème du week-end — garde de nuit à la centrale hydroélectrique ; induction, marche au pas et tempête ; le journal de l’ingénieure

Tu accompagnes l’ingénieure de nuit au barrage de la vallée — le lac au-dessus, la ville en dessous, les [alternateurs](#def-g9-alternator-alternator) ronronnant entre les deux.

**Partie I — la halle des machines.**

1. L’ingénieure ouvre une vanne : l’eau tonne à travers la turbine trois, et les appareils de son [alternateur](#def-g9-alternator-alternator) se réveillent. Écris la chaîne d’ [énergie](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/29-lenergie-dans-la-vie-de-tous-les-jours#def-g5-everyday-energy-energy) du lac au jeu de barres.
2. À l’intérieur de l’ [alternateur](#def-g9-alternator-alternator) , qu’est-ce qui bouge et qu’est-ce qui reste immobile — et pourquoi faut-il que quelque chose bouge ?
3. Le réseau tourne à $50\,\mathrm{Hz}$ . L’ingénieure surveille un cadran qui maintient la turbine trois exactement à la rotation correspondante. Qu’est-ce qui se gâte à la mauvaise [vitesse](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/52-graphiques-du-mouvement-et-vitesse-moyenne#def-g7-motion-average-speed-formula) ? (Que ferait la [fréquence](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/62-le-son-vitesse-hauteur-intensite-sonore#def-g8-sound-pitch-loudness-frequency) de sa [tension](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/56-la-tension-et-le-voltmetre#def-g8-voltage-voltmeter-voltage) ?)
4. Un apprenti demande si un [aimant](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/6-les-aimants#def-g1-magnets-magnet) plus puissant dans le rotor donnerait de la [puissance](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/68-la-puissance-et-lenergie-electriques#def-g9-electric-power-energy-power) « gratuite » en plus. Corrige ce rêve avec le prix honnête de la dynamo.

**Partie II — la demande de la ville.**

5. À 03:00, la ville appelle $2 \times 10^{7}\,\mathrm{W}$ . Sous les $200\,000\,\mathrm{V}$ de la ligne de transport, quel courant quitte la centrale ?
6. La même [puissance](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/68-la-puissance-et-lenergie-electriques#def-g9-electric-power-energy-power) sous $230\,\mathrm{V}$ demanderait quel courant — et que dit cette comparaison sur le métier du transformateur ?
7. À 07:00, les bouilloires et les radiateurs se réveillent : la demande double. Que l’ingénieure doit-elle donner en plus aux turbines, et qu’arriverait-il à la [fréquence](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/62-le-son-vitesse-hauteur-intensite-sonore#def-g8-sound-pitch-loudness-frequency) du réseau si elle en donnait trop peu ? (Les machines ralentissent sous la charge, comme un cycliste dans une côte.)
8. La centrale sœur — un parc éolien sur la crête — se déconnecte quand le [vent](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/10-lair-autour-de-nous#def-g2-air-around-us-wind) tombe. Quelle case de sa chaîne a failli, et quelles cases se portaient parfaitement bien ?

**Partie III — la tempête.**

9. La foudre coupe une ligne de transport ; les disjoncteurs s’ouvrent. L’ingénieure réachemine la [puissance](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/68-la-puissance-et-lenergie-electriques#def-g9-electric-power-energy-power) par les lignes voisines. Quelle propriété du réseau — un seul grand maillage [en dérivation](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/30-circuits-en-serie-et-en-derivation#def-g5-series-parallel-circuits-parallel) — rend ce réacheminement possible ?
10. Pendant la manœuvre, l’éclairage d’un entrepôt vire au brun pendant une minute. Interprète : qu’est-ce qui a fléchi, et de quoi les [moteurs](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/41-circuits-electriques-et-securite#ex-g6-circuits-and-safety-motor) et les lampes de l’entrepôt ont-ils été brièvement sous-alimentés ?
11. L’aube : le journal doit expliquer aux apprentis pourquoi toute l’électricité de la nuit était, à l’origine, de la [lumière](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-source) du Soleil. Rédige l’explication en deux lignes (lac, évaporation, pluie).
12. Dernière ligne du journal, par tradition : la physique de la nuit en une phrase — avec le mouvement, le magnétisme et la bouilloire matinale de la ville dedans.

**Solution de Problème 69.1.**

**1.** Hauteur du lac $\to$ mouvement impétueux de l’eau $\to$ rotation de la turbine $\to$ [tension](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/56-la-tension-et-le-voltmetre#def-g8-voltage-voltmeter-voltage) alternative induite de l’[alternateur](#def-g9-alternator-alternator) $\to$ jeu de barres de la centrale. **2.** L’[aimant](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/6-les-aimants#def-g1-magnets-magnet) du rotor tourne ; les bobines restent fixes. Sans mouvement, pas de changement du magnétisme à travers les bobines — et sans changement, l’induction ne donne strictement rien. **3.** La [fréquence](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/62-le-son-vitesse-hauteur-intensite-sonore#def-g8-sound-pitch-loudness-frequency) de la [tension](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/56-la-tension-et-le-voltmetre#def-g8-voltage-voltmeter-voltage) recopie la rotation : mauvaise [vitesse](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/52-graphiques-du-mouvement-et-vitesse-moyenne#def-g7-motion-average-speed-formula), mauvaise [fréquence](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/62-le-son-vitesse-hauteur-intensite-sonore#def-g8-sound-pitch-loudness-frequency) — et une machine désaccordée des $50\,\mathrm{Hz}$ du réseau combat tous les autres [alternateurs](#def-g9-alternator-alternator) du réseau au lieu de les aider. **4.** Un [aimant](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/6-les-aimants#def-g1-magnets-magnet) de rotor plus puissant induit bel et bien davantage — et la turbine peine aussitôt davantage pour le maintenir en rotation contre le freinage magnétique renforcé : plus d’électricité en sortie exige plus d’eau au travers, [joule](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/66-lenergie-cinetique-et-la-securite-routiere#def-g9-kinetic-energy-safety-joule) pour [joule](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/66-lenergie-cinetique-et-la-securite-routiere#def-g9-kinetic-energy-safety-joule). C’est le lac qui paie, non l’[aimant](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/6-les-aimants#def-g1-magnets-magnet). **5.** $I = 2 \times 10^{7} \div 2 \times 10^{5} = 100\,\mathrm{A}$. **6.** $I = 2 \times 10^{7} \div 230 \approx 8.7 \times 10^{4}\,\mathrm{A}$ — quatre-vingt-sept mille [ampères](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/55-lintensite-du-courant-et-lamperemetre#def-g8-intensity-ammeter-intensity) : un câble impossible. Le métier du transformateur est exactement cet échange — [tension](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/56-la-tension-et-le-voltmetre#def-g8-voltage-voltmeter-voltage) en hausse, courant en baisse, [puissance](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/68-la-puissance-et-lenergie-electriques#def-g9-electric-power-energy-power) inchangée. **7.** Plus d’eau au travers des vannes. Sous-alimentées, les machines en charge ralentissent comme un cycliste dans une côte — et la [fréquence](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/62-le-son-vitesse-hauteur-intensite-sonore#def-g8-sound-pitch-loudness-frequency) du réseau fléchit sous cinquante : les horloges et les machines du réseau sentent toutes un réseau affamé. **8.** La première case seulement — le [vent](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/10-lair-autour-de-nous#def-g2-air-around-us-wind), la poussée des pales. La turbine, l’[alternateur](#def-g9-alternator-alternator) et le transformateur se portaient parfaitement bien, encalminés. **9.** Le réseau est un seul grand maillage [en dérivation](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/30-circuits-en-serie-et-en-derivation#def-g5-series-parallel-circuits-parallel) : de nombreuses routes joignent chaque centrale à chaque ville, si bien que la part d’une ligne coupée peut passer par les [branches](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/30-circuits-en-serie-et-en-derivation#def-g5-series-parallel-circuits-parallel) survivantes — l’indépendance des [branches](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/30-circuits-en-serie-et-en-derivation#def-g5-series-parallel-circuits-parallel) [en dérivation](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/30-circuits-en-serie-et-en-derivation#def-g5-series-parallel-circuits-parallel), à l’échelle d’un pays. **10.** Les lignes réacheminées et surchargées laissent la [tension](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/56-la-tension-et-le-voltmetre#def-g8-voltage-voltmeter-voltage) livrée fléchir sous sa valeur nominale pendant une minute : les lampes de l’entrepôt ont baissé et ses [moteurs](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/41-circuits-electriques-et-securite#ex-g6-circuits-and-safety-motor) ont tourné paresseusement — sous-alimentés, comme doit l’être tout appareil en dessous de sa [tension nominale](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/56-la-tension-et-le-voltmetre#def-g8-voltage-voltmeter-nominal). **11.** « Chaque [watt](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/68-la-puissance-et-lenergie-electriques#def-g9-electric-power-energy-power) de cette nuit est venu de l’eau du lac qui tombe ; le Soleil a évaporé la mer et la pluie l’a portée jusqu’à nos montagnes. Nous faisons tourner du soleil, ici — stocké dans un lac, par la voie du ciel. » **12.** Par exemple : « Du mouvement devant des [aimants](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/6-les-aimants#def-g1-magnets-magnet) a fabriqué chaque [volt](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/56-la-tension-et-le-voltmetre#def-g8-voltage-voltmeter-voltage) de la nuit — et à sept [heures](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/8-mesurer-le-temps#ex-g2-measuring-time-clock), dix mille bouilloires ont demandé au lac de tomber un peu plus vite. »