Un grand système sociotechnique, le système électrique

Dossier : À quoi sert la science ? | Magazine N°696 Juin/Juillet 2014

Faisons une rapide promenade à la découverte du système électrique. Nous partirons de la production centralisée, puis, passant par le réseau de transport et celui de la distribution, nous en parviendrons aux usages.

C’est là l’héritage du XX^e siècle. L’arrivée de la production distribuée, des NTIC et de la dérégulation en induit une transformation plus ou moins bien maîtrisée.

REPÈRES

Lorsque nous appuyons sur un interrupteur, nous ne pensons pas aux millions d’éléments du système, qui, depuis les barrages ou les centrales et via les réseaux, font que la lumière s’allume. Nous ne pensons pas aux dizaines de milliers de personnes qui travaillent pour faire fonctionner ce système.

Nous ne pensons pas non plus que ce système est le fruit des découvertes et des réalisations de nombreux savants, inventeurs et ingénieurs. Ni qu’il mobilise l’électromagnétisme, la thermodynamique, la mécanique des solides et des fluides, la neutronique, la chimie, la science des matériaux et les mathématiques, et bien sûr l’économie.

Produire et transporter

Les centrales hydroélectriques au fil de l’eau ou avec un réservoir sont le royaume de la mécanique des fluides incompressibles et du génie civil, même si les parties mécaniques et électriques sont évidemment indispensables.

Dans les centrales thermiques classiques, la physique et la chimie de la combustion constituent le point de départ. La thermodynamique apparaît pour gérer les rendements. Le génie mécanique joue ensuite le rôle principal.

Dans les centrales nucléaires, la physique nucléaire, les couplages irradiation-thermique- mécanique (des écoulements et des structures) s’ajoutent aux problématiques des centrales classiques. Leur conception a nécessité nombre d’expérimentations et de simulations.

L’opérateur de réseau sait assurer jusqu’en bout de ligne une alimentation de qualité

Pour toutes les centrales, comme pour tout ce que l’homme fabrique, les développements de la science des matériaux et des techniques de fabrication et de construction jouent un rôle clé.

Le réseau de transport à très haute tension est le support de la mutualisation de la production et de la consommation, il garantit la sûreté de notre alimentation en électricité et l’optimisation de nos factures. Maillé, il transporte l’électricité vers les grandes zones de consommation; une vente d’électricité de la France à l’Allemagne passe parfois par la Belgique ou la Suisse.

Le réseau de distribution, arborescent à partir de postes de transformation du réseau de transport, conduit le courant jusqu’aux compteurs de nos logements et de nos bureaux. Grâce aux lois de l’électrotechnique et malgré les variations de la consommation, l’opérateur de réseau sait, sauf exception, assurer jusqu’en bout de ligne une alimentation de qualité en termes de tension et d’intensité, et cela de manière sécurisée.

De l’éclairage à la climatisation

Le premier usage de l’électricité fut l’éclairage, public et privé, avec l’invention et le déploiement de la lampe électrique, largement dus à Edison. C’est l’effet Joule qui le rend possible, par le rayonnement qu’il provoque lors de l’incandescence du filament chauffé par le courant.

Le chauffage électrique utilise lui aussi cet effet, soit grâce à des convecteurs qui élèvent la température de l’air, soit par l’intermédiaire de panneaux qui rayonnent en infrarouge.

Prévoir la veille pour le lendemain en prenant en compte la vie du pays

La fameuse « pointe électrique » des soirs d’hiver, dénoncée par certains, largement due en fait aux chauffages d’appoint des maisons non chauffées à l’électricité, va être dépassée par les pointes aléatoires liées à l’usage des énergies renouvelables (éoliennes, photovoltaïque) promues par les mêmes.

Enfin, les pompes à chaleur, de plus en plus utilisées dans le monde pour le chauffage et la climatisation, et pour la récupération de chaleur dans l’industrie, sont fondées sur des cycles thermodynamiques de fluides qui changent de phase.

On peut aussi choisir d’effacer la production renouvelable si elle trop forte et si elle met le système en danger, ou de renforcer la flexibilité ou la capacité d’effacement d’une partie de la consommation pour différentes durées, ou de renforcer la capacité de stockage centralisée ou décentralisée.

Ces diverses solutions techniques ont des coûts spécifiques et elles concernent des acteurs différents.

Des choix politiques

Le choix, ou plutôt l’équilibre entre ces solutions, est la conséquence de choix politiques et nécessite une vision systémique non seulement nationale mais aussi européenne.

En Europe, on observe depuis plus de dix ans une croissance des prix de l’électricité pour le citoyen, l’affichage d’un marché de l’électricité et la création de tarifs de rachat, la mise sur le même plan d’une finalité (– 20 % d’émissions de CO2) et de deux moyens (20% d’énergies renouvelables et 20 % d’amélioration de l’efficacité énergétique) et enfin l’instabilité des régulations du domaine de l’électricité (qui empêche les projets et la création d’emplois). N’y a-t-il pas des leçons à tirer des succès et des erreurs des vingt ans de dérégulation ?

Une vision systémique nationale et européenne

Depuis bientôt un siècle, le pourcentage de l’électricité dans l’énergie finale utilisée par les hommes augmente : nous en sommes à 25 % en France, à 16 % en moyenne dans le monde même si plus d’un milliard de personnes n’y ont pas encore accès.

Le développement d’un système électrique « décarboné » est un moyen (le seul peut-être en l’état actuel des sciences et des techniques) de répondre aux enjeux du développement durable dans le domaine de l’énergie.

La priorité pour la « transition énergétique » en France n’est-elle pas d’agir à tous les niveaux, dans la maison et dans l’industrie comme dans les transports, pour accélérer l’électrification de notre pays en renforçant un mix électrique « décarboné », et cela au moindre coût pour nous tous ?

Claudie Haigneré, ancien ministre, présidente d’Universcience

Remettre en culture non seulement la science, mais aussi les techniques, leurs applications et l’innovation

Associant « science en train de se faire », « science en culture », « science et techniques au quotidien », « science et technique pour tous », Universcience et ses deux sites¹ s’efforcent de réinventer les cultures scientifique, technique, industrielle et de l’innovation.

UNE GRANDE DIVERSITÉ DE PUBLICS

Depuis vingt-huit ans que s’est ouverte, dans le parc de la Villette, la Cité des sciences et de l’industrie CSI, voici venue « la première génération CSI » à fréquenter les espaces de la Cité des Enfants avec ses enfants, accueillis à partir de l’âge de deux ans. Un éveil aux sciences et aux technologies (le « fameux chantier » entre autres) par le plaisir du jeu pour ces derniers, avec parfois l’éveil de vocations pour leurs parents.

Les deux millions de visiteurs annuels de la CSI y découvrent, à côté du « Grand Récit de l’Univers » ou des progrès des mathématiques, ou de l’exploration du cerveau, ce qu’on peut attendre de la science au service du quotidien, qu’il s’agisse de l’espace, de l’énergie ou des transports, ou encore des apports des innovations technologiques au sein de l’observatoire qui les actualise en permanence. Associant compréhension et émotion, nos expositions temporaires et les conférences et médiations associées leur permettent de s’interroger sur la voix, de remettre en question ce qu’ils pensent connaître des Gaulois, de s’approprier le B.A. BA de l’économie, de s’initier à la façon dont l’art robotique peut transformer la création artistique, de s’étonner de la complexité de création des jeux vidéo.

Quelque 700 000 enfants du primaire et du secondaire viennent chaque année à la Cité avec leurs professeurs bénéficier de médiations adaptées à leurs programmes, en quête du déclic et de l’inspiration leur permettant de construire en groupe un projet expérimental.

DES LIEUX INNOVANTS D’EXALTATION DE LA CRÉATIVITÉ

Dans ce siècle où l’information est partout accessible et parfois en excès, où le développement accéléré des technologies est souvent déconcertant, où chacun doit être en capacité d’exercer son esprit critique et créatif pour être un citoyen engagé et responsable, notre mission d’établissement culturel s’est sensiblement transformée. Au-delà du partage des savoirs scientifiques et des savoir-faire techniques, nous proposons désormais des lieux ouverts, véritables plateformes de vie et de créativité, collaboratifs, conçus en communauté d’intérêt pour des adolescents, des postadolescents, des familles, des amis, des groupes scolaires accompagnés par des tuteurs.

Ces lieux se situent, au sein de la nouvelle Zone 3, dans la salle immersive Callisto ou dans le Carrefour numérique puissance 2 où émergent mille réalisations techniques et numériques favorisant les rencontres et les coopérations.

À côté de ses ressources documentaires et «transmédia», la bibliothèque BSI se transforme en living center et met maintenant à la disposition de nos visiteurs des services innovants dans la convivialité, allant du tutorat à l’accompagnement par la Cité des métiers en passant par le do it yourself dans une nouvelle culture de l’innovation et de la créativité. Au carrefour des mondes scientifique, éducatif, culturel et industriel, dans ce lieu exigeant mais de confiance et d’heureuse neutralité qu’est Universcience, nous exerçons avec passion notre mission de médiation et de passeurs, pour aiguiser le désir et le plaisir d’apprendre et d’entreprendre.

____________________________________________
1. L’établissement public Universcience regroupe depuis 2010 le Palais de la découverte et la Cité des sciences et de l’industrie (CSI).