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Qu’est-ce que l’énergie?
Gaz Naturel
Le gaz naturel, aussi appelé méthane, est considéré comme l’une des sources d’énergie combustible les plus propres. On a repéré les premières références au gaz naturel dans des écrits qui remontent à environ 125 A.D. dans lesquels on décrit des « flammes éternelles » s’échappant de fissures dans le sol et ayant été allumées par des éclairs. Pendant bien des années, de nombreuses personnes considéraient que ce gaz mystérieux était sans valeur. Encore de nos jours, certains pays font brûler le gaz dont ils ne veulent pas et les flammes produites sont si brillantes qu’elles peuvent être aperçues de la navette spatiale. En Amérique du Nord, le gaz naturel est considéré comme l’un de nos combustibles les plus précieux.
Le méthane a été utilisé initialement dans les années 1800 comme combustible pour les réverbères des villes. C’est alors que les gens ont commencé à parler de « gaz naturel » pour le distinguer du « gaz de houille » manufacturé auquel ils étaient habitués. En 1885, l’inventeur Robert Bunsen a prouvé que le gaz pouvait servir à la cuisson et au chauffage de bâtiments à l’aide de son « brûleur Bunsen ». De nos jours, on utilise le gaz naturel dans les industries, dans les foyers et de plus en plus pour la production de l’électricité.
On peut trouver du gaz naturel dans diverses formations souterraines, dont les suivantes : schiste, grès, filon de charbon et aquifères profonds comportant de l’eau salée. Le gaz se trouve très souvent dans les mêmes formations géologiques que le pétrole. Une formation typique fournira environ 1 200 mètres cubes de gaz pour chaque baril de pétrole.
Pour obtenir du gaz naturel, on perce des trous aux endroits où des poches de méthane se sont formées des centaines de milliers d’années auparavant. Une fois que le gaz est pompé à la surface, il est raffiné pour en retirer les impuretés, comme l’eau et le sable, puis il est distribué par l’entremise d’importants gazoducs qui s’étendent jusqu’aux quatre coins du pays. Les gros utilisateurs comme les usines et les centrales électriques peuvent se procurer leur gaz naturel directement du gazoduc tandis que les particuliers et les petites entreprises l’achètent habituellement à une entreprise locale de distribution ou à un service public.
Dans une centrale électrique, le gaz naturel est souvent utilisé comme combustible pour créer la chaleur nécessaire à la transformation de l’eau en vapeur. Cette vapeur est ensuite utilisée pour faire tourner une turbine qui fait à son tour tourner un générateur qui produit de l’électricité.
Puisque le gaz naturel est propre, pratique et facile à faire passer d’un endroit à un autre, on le considère à bien des égards comme étant le combustible fossile idéal et on lui trouvera sûrement de multiples autres utilisations à l’avenir.
Charbon
Le charbon est le combustible fossile le plus abondant dans la province et a une longue histoire. Même si vous ne voyez pas de charbon ou ne pensez jamais à cette ressource, vous en utilisez plusieurs tonnes par année. En effet, il faut environ une tonne de charbon par année pour faire fonctionner la cuisinière électrique et le réfrigérateur d’une famille moyenne. Le chauffe-eau électrique en nécessite plus ou moins deux tonnes.
Nous sommes loin d’être les premiers à faire une grande utilisation de cette ressource. En fait, la société tire profit du charbon depuis l’homme des cavernes. Les historiens ont trouvé des preuves que les Romains qui se trouvaient en Angleterre aux deuxième et troisième siècles utilisaient du charbon. Dans les années 1700, les Anglais ont découvert que la combustion du charbon était plus propre et dégageait plus de chaleur que la combustion de charbon de bois; le charbon est alors devenu un facteur clé de la révolution industrielle. Les machines telles que les navires à vapeur et les trains à vapeur ne sont devenues viables seulement lorsqu’on a commencé à se servir de charbon pour alimenter leurs chaudières. En 1875, le charbon a remplacé le charbon de bois en tant que combustible principal pour les hauts fourneaux en fonte servant à la fabrication de l’acier. C’est dans les années 1880 que le charbon a commencé à être utilisé pour produire de l’électricité pour les résidences et les usines. Bien que la technologie actuelle est beaucoup plus efficace, la production d’électricité se fait toujours selon le principe de la combustion de charbon pour transformer l’eau en vapeur. Cette vapeur sert alors à faire tourner une turbine qui fait à son tour tourner un générateur qui produit de l’électricité.
| FAIT INTÉRESSANT SUR LE CHARBON
Saviez-vous que le charbon peut être transporté dans des canalisations? Une fois que le charbon a été extrait, il est écrasé afin d’être réduit en petits morceaux, lesquels peuvent alors être transportés par camion, par bateau, par train ou par barge. Ils peuvent aussi être mélangés avec du pétrole ou de l’eau (le combustible est alors en suspension) et transportés dans une canalisation jusqu’à un utilisateur industriel. |
Électricité
Vous savez probablement que la plupart de l’électricité utilisée en Ontario est produite par des centrales hydrauliques, des centrales au charbon et des centrales nucléaires. Mais comment l’électricité produite par des générateurs hydroélectriques comme celui de Sir Adam Beck à Niagara Falls parvient-elle à votre domicile qui se trouve à des kilomètres?
Comment l’électricité se rend-elle jusqu’à vous?
Le point de départ du trajet parcouru par l’électricité qui parvient à votre domicile est le générateur de la centrale où elle est produite. L’électricité produite à la centrale est dans la gamme des milliers de volts. Cependant, pour pouvoir être transportée sur de longues distances, l’électricité doit avoir une tension de 100 000 volts. Cette tension est nécessaire pour compenser les pertes qui se produisent lors du parcours de l’électricité sur des kilomètres de lignes d’énergie électrique. La tension est accrue à la centrale par un poste d’élévateurs. Ce poste fait passer l’électricité à une gamme de tension allant de 115 000 à 500 000 volts. L’électricité est ensuite transportée partout dans la province par des lignes de transmission de haute tension. Il est facile de reconnaître ces lignes qui sont rattachées à de grosses tours en acier que l’on voit un peu partout à la campagne.
Lorsque l’électricité atteint votre collectivité, elle passe par une sous-station ou un transformateur abaisseur. Cet équipement réduit la tension à la gamme d’environ 44 000 volts pour faciliter la distribution de l’électricité à de plus petits secteurs, comme des villes ou des villages.
L’électricité continue de se déplacer sur des lignes d’énergie électrique jusqu’à ce qu’elle atteigne votre voisinage où sa tension est réduite à 7 200 volts. L’électricité circule alors dans les fils qui se trouvent près de votre résidence. Les transformateurs que vous voyez sur des poteaux dans votre rue abaissent la tension une dernière fois jusqu’à 120/240 volts afin que vous puissiez utiliser l’électricité dans votre maison ou votre entreprise.
Le réseau électrique de l’Ontario est constitué de plus de 29 000 kilomètres de lignes à haute tension qui permettent de livrer de l’électricité à environ 140 utilisateurs industriels et municipaux. Il y a aussi plus de 115 000 kilomètres de lignes à basse tension qui acheminent l’électricité jusqu’aux résidences, aux commerces et aux plus petits utilisateurs municipaux. Ces lignes à basse tension comptent des milliers de kilomètres de lignes de distribution qui sont exploitées par les services locaux de distribution. En fait, si on mettait toutes les lignes d’énergie électrique de la province bout à bout, elles feraient le tour de la terre plus de 20 fois.
Ainsi, la prochaine fois que vous allumerez la lumière, prenez quelques secondes pour penser au trajet parcouru par cette électricité!
COMMENT L’HYDROÉLECTRICITÉ EST PRODUITE
Lorsque vous regardez une rivière ayant un fort courant, vous pouvez vous imaginer la puissance et la force naturelles de l’eau qui se déplace rapidement. Si vous plongez et essayez de nager à contre-courant, vous commencez à vous rendre vraiment compte de la force de l’eau.
L’hydroélectricité est produite en se servant de mécanismes simples pour transformer cette force en électricité. Les centrales hydroélectriques sont fondées sur le même concept qui est utilisé depuis des milliers d’années, soit celui de la roue hydraulique. Une chute d’eau frappe les pales d’une roue, la roue tourne et, ce faisant, elle fait tourner une autre machine à diverses fins. Il y a des milliers d’années, la roue faisait tourner une machine à moudre le grain pour faire de la farine. Aujourd’hui, la roue fait tourner une machine qui produit de l’électricité. Nos centrales hydroélectriques sont un peu plus compliquées que cela!
Voici les principales composantes d’une centrale hydroélectrique moderne :
Réservoir – La plupart des centrales hydroélectriques tirent profit de l’inclinaison naturelle d’une rivière ou un barrage est construit sur une rivière afin d’élever suffisamment le niveau de l’eau pour obtenir l’inclinaison nécessaire pour créer une chute. La réserve d’eau ainsi emmagasinée est appelée réservoir.
Prise d’eau – Des vannes permettent de maîtriser le débit de l’eau passant du réservoir à la canalisation de prise d’eau, qui s’appellent aussi « commandes de vannes ». La force de gravité fait descendre l’eau dans la canalisation de prise d’eau jusqu’à la turbine.
Turbine – La turbine est la partie du système équivalant à la « roue hydraulique ». Une chute d’eau frappe les pales de la turbine et les fait tourner.
Générateur – La turbine est reliée à des électro-aimants à l’intérieur du générateur. Ces électro-aimants tournent à l’intérieur d’une bobine de fils en cuivre et créent un courant d’électrons qui produisent du courant alternatif.
Déversoir – L’eau qui arrive au bas de la chute après avoir rempli sa fonction s’échappe par une canalisation et retourne au lit principal de la rivière.
La dernière étape du processus consiste à prendre l’électricité produite par le générateur et à l’acheminer à un transformateur. Le transformateur accroît la tension de l’électricité pour qu’elle puisse être distribuée à l’aide des lignes d’énergie électrique sur de longues distances jusqu’à votre collectivité.
Si vous désirez obtenir plus d’information sur tous les modes de production d’électricité, veuillez visiter le site Web de l’Ontario Power Generation.
COMMENT UNE CENTRALE NUCLÉAIRE PRODUIT DE L’ÉLECTRICITÉ
L’exigence de base pour la production d’électricité est simple. Il faut qu’une force fasse tourner une turbine qui produit de l’électricité. Dans les centrales hydroélectriques, c’est la force de l’eau qui produit l’électricité. Dans d’autres genres de centrales, on fait brûler du charbon ou du gaz naturel pour produire de la chaleur qui transforme l’eau en vapeur, laquelle fait tourner une turbine ou un générateur.
Les réacteurs nucléaires fonctionnent selon le même principe. Une centrale nucléaire produit de la chaleur en divisant des atomes d’uranium; la chaleur ainsi produite transforme l’eau en vapeur et, comme dans les centrales électriques traditionnelles, la vapeur fait tourner une turbine ou un générateur qui produit de l’électricité. La division des atomes d’uranium est connue sous le terme technique « fission de l’uranium ».
Comment la fission produit-elle de la chaleur?
Presque tous les atomes contiennent une minuscule particule subatomique connue sous le nom de neutron. Lorsqu’un neutron frappe un atome d’uranium, ce dernier se divise et, ce faisant, produit de la chaleur.
Lorsqu’un atome d’uranium se divise, il ne produit pas seulement de la chaleur mais il libère également de un à trois neutrons supplémentaires qui divisent d’autres atomes d’uranium. Ce phénomène porte le nom de « réaction en chaîne » car lorsqu’un plus grand nombre d’atomes d’uranium sont divisés, ils produisent davantage de neutrons qui à leur tour divisent plus d’atomes d’uranium et ainsi de suite. Au cours de ce processus, de plus en plus de chaleur est produite.
Un réacteur nucléaire est conçu de façon à pouvoir maîtriser cette réaction en chaîne afin que seulement la quantité de chaleur nécessaire pour produire une certaine quantité d’électricité soit dégagée. Pour ce faire, on a recours à un « modérateur ». Celui-ci ralentit ou modère la vitesse des neutrons découlant de la fission de façon qu’ils divisent moins d’atomes d’uranium. On utilise de l’eau lourde comme modérateur dans les réacteurs canadiens. L’eau lourde est très efficace pour ralentir les neutrons sans en absorber un trop grand nombre. L’eau lourde est 10 % plus lourde que l’eau ordinaire parce qu’elle comporte de l’hydrogène lourd appelé deutérium. La réaction en chaîne peut être interrompue complètement à l’aide de « barres de commande » qui sont insérées dans le réacteur pour absorber les neutrons en déplacement, les empêchant ainsi de diviser d’autres atomes.
La chaleur produit de la vapeur et la vapeur produit de l’électricité
Comme nous l’avons expliqué précédemment, le processus de fission d’un réacteur nucléaire a pour but de produire beaucoup de chaleur. Cette chaleur doit alors être transférée à des chaudières pour produire de la vapeur. On utilise de l’eau lourde sous pression qui est pompée par les canaux de combustible dans le réacteur où la chaleur atteint 300 o C. Cette eau lourde extrêmement chaude est ensuite envoyée dans une chaudière où elle réchauffe de l’eau ordinaire jusqu’à ce qu’elle devienne de la vapeur haute pression qui fait tourner une turbine faisant à son tour tourner un générateur qui produit de l’électricité. L’eau lourde est ensuite refroidie et retournée au réacteur où elle recommence le processus. Au même moment, l’eau ordinaire est refroidie et circule de nouveau dans la chaudière pour être réchauffée.
La dernière étape du processus consiste à prendre l’électricité produite par le générateur et à l’acheminer à un transformateur. Le transformateur accroît la tension de l’électricité pour qu’elle puisse être distribuée à l’aide des lignes d’énergie électrique sur de longues distances jusqu’à votre collectivité.
| FAIT INTÉRESSANT SUR L’ÉNERGIE NUCLÉAIRE
Saviez-vous qu’à une centrale nucléaire, des pastilles d’uranium (aussi appelées combustible) sont regroupées en grappes? Chaque grappe de combustible pèse environ 22 kilogrammes et peut produire la même quantité de chaleur que 400 tonnes de charbon. |
Si vous désirez obtenir plus d’information sur tous les modes de production d’électricité, veuillez visiter le site Web de l’Ontario Power Generation.