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Le fonctionnement d'une centrale thermique

Centrale thermique : de la combustion des énergies fossiles à l’électricité…

Encore une centrale qui met le feu aux poudres… la centrale thermique est au cœur des débats énergétiques. On se l’imagine comme une grosse usine, d’où se dégage une fumée noire. À l’intérieur règne une chaleur insoutenable due à la combustion des énergies fossiles. Charbon, fioul, gaz, tous ces combustibles ne sont pas sans dommage sur notre belle planète.

Pas très écologique, ce système de production électrique n’appartiendrait-il pas à l’ère préhistorique ? Peu à peu, les centrales thermiques à flamme se raréfient et disparaissent du paysage électrique français. Elles ne vont plus faire long feu ! Avant de les enterrer définitivement, creusons un peu leur fonctionnement.

Le fonctionnement d'une centrale thermique
18 janvier 2022

Qu’est-ce qu’une centrale thermique classique ?

La centrale thermique dite « classique » est la plus ancienne et la plus répandue. C’est cette fameuse usine à gaz, charbon, fioul… Parce qu’elle fonctionne à partir de la combustion des énergies fossiles, on l’appelle « centrale thermique à flamme ». Il n’y a pas de fumée sans feu. En brûlant le combustible (charbon, gaz, fioul) la centrale va obtenir de la chaleur qui va ensuite venir chauffer de l’eau contenue dans un circuit annexe et la transformer en vapeur. Cette vapeur met en mouvement une turbine qui, elle-même, active un alternateur… et « PAF » ça fait de l’électricité !

Quel que soit son combustible, la centrale thermique à flamme se divise en trois parties : la chaudière, où brûle le combustible, la salle des machines, où l’on produit l’électricité et les lignes électriques, qui transportent l’électricité vers votre foyer.

Centrale thermique à flamme : au feu les énergies fossiles !

Au fond, ce qui fait de la centrale thermique une solution d’un autre temps, c’est son fonctionnement par combustion des énergies fossiles. Silex, feu, fossile… non, cela n’a rien à voir avec la préhistoire. On les appelle « fossiles » car ces combustibles sont riches en carbone et hydrogène, résultant de la transformation de matières organiques enfouies dans le sol pendant des millions d'années.

Or, on ne vous l’apprendra pas, les réserves énergétiques de la planète ne sont pas inépuisables ! Au rythme de notre consommation actuelle, le pétrole devrait arriver à épuisement d'ici à 54 ans, le gaz dans 63 ans, le charbon 112 ans et l'uranium d'ici 100 ans… L’ère des fossiles est donc vouée à disparaître !

Puisqu’il nous reste un peu de temps avant que les centrales thermiques ne rejoignent nos amis les dinosaures, étudions de près leur fonctionnement audacieux…

Comment fonctionne une centrale thermique ?

Du feu, un combustible, de la vapeur et, « hop ! » l’étincelle électrique était née. Finalement nous ne sommes pas très loin de ce bon vieux feu préhistorique. Mmmmh, d’accord c’est un peu plus complexe que ça en a l’air. Enfilez votre combinaison anti-feu, on pénètre dans le fonctionnement de la centrale thermique…

La combustion

Tout commence dans la chaudière… C’est la toute première étape pour produire de l’électricité. La centrale thermique envoie le combustible fossile (gaz, charbon, fioul) dans la chaudière où il est brûlé à très forte température. Ainsi, le charbon est réduit en poudre et le fioul devient liquide. Il n’y a que le gaz qui ne subit aucun changement. Le feu est donc l’élément phare de la centrale thermique. Il est toutefois un autre élément qui compte tout autant… l’eau !

La production de vapeur

Eh oui, la chaudière où brûlent les énergies fossiles est tapissée de tubes contenant de l’eau froide. En brûlant, les combustibles dégagent de la chaleur qui va chauffer les tubes remplis d’eau froide et  transformer l’eau en vapeur. La centrale thermique repose donc sur un système à feu et à vapeur. Feu, vapeur… tout cela ne nous dit pas comment est produite l’électricité. Il n’y a pas le feu ! Patience, on y vient…

La production d’électricité

« Il suffira d’une étincelle, d’un rien… » juste de la vapeur d’eau issue du contact entre l’eau froide et la chaleur produite par la combustion des énergies fossiles et d’une bonne vieille turbine. Ce n’est ni plus ni moins la vapeur qui va faire tourner la turbine à pleins tubes. Mise en mouvement, la turbine s’emballe et son énergie suffira à actionner un alternateur qui, lui-même, produit le fameux courant électrique. C’est bon, tout s’éclaire ?! Ce n’est pas fini. La tension électrique est ensuite élevée par un transformateur pour être propulsée dans les lignes à haute et très haute tension. Au revoir électricité !

Le recyclage

Ça y est, la centrale peut s’arrêter ? Pas encore. Une fois sortie de la turbine, la vapeur est de nouveau transformée en eau grâce à l’action d’un condenseur. La vapeur redevient eau froide. L’eau froide obtenue est alors réemployée dans la chaudière pour entamer un nouveau cycle de production d’électricité. Et hop, la boucle est bouclée !

Ainsi fonctionne le cycle sans fin de la centrale thermique : combustible, feu, eau, vapeur, électricité… et ainsi de suite ! La turbine tourne en boucle et le mécanisme jamais ne s’essouffle. Incroyable non ? Au fait, à quoi sert toute cette énergie ? 

offre d'énergie renouvelable

Quel est l’atout principal d’une centrale thermique ?

Vous l’aurez compris, la centrale thermique ne fonctionne pas à petit feu. Sa turbine tourne à pleins tubes. Et c’est là sa botte secrète. Sa mise en route est très rapide grâce à la combustion à forte chaleur des énergies fossiles. Elle est donc utilisée pour répondre aux pics de consommation hivernaux, comme par exemple cet hiver 2022 où la production nucléaire est très faible et où les centrales à charbon ont été réquisitionnées pour passer l'hiver.

Concrètement, si votre fournisseur d’électricité constate une hausse soudaine de la demande en électricité, il aura la possibilité d’actionner une centrale thermique. Sa mise en route ultra-rapide lui permet de répondre à une demande inhabituelle.

C’est donc de façon minoritaire que l’on fait appel à elle. Et pour cause, le parc thermique à flamme de l’Hexagone s’est réduit à peau de chagrin. Utilisée massivement en France entre les années 1950 à 1980 la centrale thermique à flamme ne représente aujourd’hui que 1,8% de la production totale d’électricité en France, contre 17,4% à l’époque. Une bonne nouvelle pour la planète, quand on mesure les dégâts des énergies fossiles…

Centrale thermique : l’impact environnemental des énergies fossiles

Avec leurs sinistres scandales, les centrales thermiques à flamme n’ont cessé d’alimenter les débats politiques et de mettre de l’huile sur le feu. Aujourd’hui la tension est telle qu’un incident de plus ferait l’effet d’une allumette…

La centrale à charbon : première responsable de réchauffement climatique

Tristement célèbres pour leurs impacts néfastes sur notre santé et notre planète, les centrales thermiques classiques sont particulièrement décriées. En première position vient la centrale au charbon qui compte parmi les premières sources d’émissions de gaz à effet de serre responsable du réchauffement de notre belle planète. Selon l’Environmental Protection Agency (EPA) les centrales thermiques à charbon représenteraient 28% du nickel, 62% de l’arsenic, 77% des acides, 50% du mercure et 22% du chrome présent dans les masses d’air américaines…

Des incidents majeurs liés à des centrales thermiques à flamme

C’est sans compter sur d’autres dégâts environnementaux d’origine industrielle… Le fonctionnement des centrales thermiques à flamme peut produire de graves incidents. Fort heureusement, en France, on ne compte pas d’incident majeur. D’autres pays, comme l’Australie, ont été moins chanceux. En 2014, la centrale d’Hazelwood a ainsi été à l’origine d’un immense incendie de 45 jours, plongeant la ville de Morwell dans une épaisse fumée noire pendant plusieurs semaines.

Incendies, émissions de gaz à effet de serre, on ne compte plus les dégâts causés par les énergies fossiles sur notre environnement. Ces drames auront au moins eu l’avantage de réveiller les consciences. Et, peu à peu, les centrales thermiques à flamme cèdent leur place à de nouvelles solutions plus écologiques…

Du fossile ou renouvelable : les différents types de centrales thermiques…

C’est la grande révolution du côté de la combustion ! Les énergies fossiles laissent peu à peu leur place aux énergies renouvelables. Voilà ce qu’on appelle l’évolution ! Pas de Big Bang, juste l’introduction de nouvelles techniques d’exploitation des énergies non plus inépuisables, mais re-nou-ve-la-bles ! Adieu charbon, fioul, gaz… Bonjour vent, soleil, terre !

Les centrales thermiques à flamme : charbon, pétrole, fioul

Nous les avons déjà évoquées, mais il est temps de visiter leurs bas-fonds…

Les centrales à charbon

Bienvenue dans la centrale à charbon. C’est la centrale thermique la plus répandue au monde. On la retrouve dans les pays producteurs de charbon, comme la Chine, les États-Unis, l’Inde ou encore l’Allemagne. Le problème du charbon ? Sa combustion est responsable d’une grande partie des émissions de gaz à effet de serre. En France, on compte encore 14 centrales à charbon sur le territoire, pour seulement deux encore en fonctionnement à ce jour. On vous prédit que le charbon ne va pas faire long feu…

Les centrales au fioul

Cette fois, c’est le fioul. Ou plutôt, le « mazout », un mot qui nous rappelle le triste épisode de la marée noire. C’est donc que la centrale au fioul ne doit pas être très propre. Comme tous les combustibles des centrales thermiques à flamme, le fioul est brûlé. On vous laisse imaginer la couleur de la fumée… Sans surprise, les centrales thermiques au fioul ont vocation à disparaître du parc électrique français. Leur fin définitive aurait été annoncée pour 2024. Ouf !

Les centrales thermiques au gaz

Depuis une vingtaine d’années, les centrales thermiques au gaz classique ont été délaissées au profit des centrales avec turbine à combustion (TAC). Elles fonctionnent à cycle combiné qui alterne entre la mise en route d’une turbine à combustion et d’une turbine à vapeur. La véritable avancée c’est qu’elles fonctionnent au gaz naturel et ont aussi l’avantage d’émettre bien moins de gaz à effet de serre dans l’air. En bref, les centrales thermiques au gaz sont bien plus écologiques ! Voilà qui redonne un peu de perspectives à la centrale thermique…

Les centrales thermiques à biomasse

Et si l’on remplaçait le combustible fossile par un autre renouvelable ? C’est le pari audacieux de la centrale thermique à biomasse. Son fonctionnement est en tout point identique à celui de la centrale thermique classique : eau, combustion, vapeur, électricité. Alors qu’est-ce qui change ? Le combustible – on vous l’a dit ! En lieu et place du charbon ou du pétrole, la centrale thermique à biomasse brûle des déchets organiques. Déchets de végétaux, d’animaux, agricoles ou ménagers, ces combustibles sont tout sauf fossiles ! Voilà qui reverdit le blason de la centrale thermique !

Les centrales géothermiques

« Géo-thermie »... Cela doit avoir quelque rapport avec la Terre n’est-ce pas ? Finalement, c’est toujours à la Terre nourricière que l’on revient. La centrale géothermique puise sa force dans l’eau des nappes aquifères. Aqui quoi ? C’est-à-dire que la centrale géothermique capte l’eau chaude (entre 150 et 350°C) dans un sol ou un réservoir rocheux poreux ou fissuré, contenant une nappe d'eau souterraine. Grâce à un système de forage, l’eau est pompée de ces nappes. Au cours de son ascension vers la surface, l’eau perd de sa pression et se transforme en vapeur. La vapeur va faire tourner la turbine, qui elle-même entraîne un alternateur !  Le cycle de l’électricité peut commencer…

Les centrales solaires thermiques

Dans la famille des centrales thermiques à énergie renouvelable, je demande la centrale thermique solaire ! Elle fonctionne sur le même principe que les autres centrales thermiques : faire appel à l’énergie du soleil pour chauffer de l’eau et la transformer en vapeur qui actionne à son tour une turbine et l’alternateur. En France, les centrales solaires thermiques  poussent comme des champignons. Comme l’énergie éolienne, l’énergie solaire a la cote ! Elle est d’ailleurs perçue comme la solution d’avenir de la production d’électricité. Car, jusqu’à preuve du contraire, le soleil est une source d’énergie inépuisable et bien plus écologique que les combustibles fossiles.

Voilà des perspectives encourageantes. Seul paramètre supplémentaire au fonctionnement de la centrale thermique classique ? Sa version solaire dépend d’un facteur extérieur : le soleil. C’est pour cela que l’on trouve la majorité des centrales thermiques solaires dans les régions présentant un taux d’ensoleillement élevé et constant. Là où chantent les cigales et poussent les oliviers…On dirait le Sud…

Ciel bleu et dégagé du sud, énergies renouvelables, air pur… Soudain tout s’éclaire ! L’avenir de la centrale thermique renouvelable s’annonce bien plus radieux que prévu…

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En résumé :

  • Les centrales thermiques dites « classiques » ou « à flamme » fonctionnent par combustion d’énergies fossiles.
  • La combustion des énergies fossiles est en grande partie responsable des émissions de gaz à effet de serre dans notre environnement.
  • La France remplace son parc thermique électrique fossile par des centrales thermiques exploitant des énergies renouvelables.

« Fossile », n’est-ce pas un mot qui évoque la préhistoire ? Tout cela, c’est du passé ! Place à l’avenir ! Plus vert, plus propre, plus écologique… C’est le défi des énergies renouvelables. Électricité, chauffage, il existe toujours une alternative écologique aux énergies fossiles ! Et pour votre foyer, vous y avez pensé ? 😉 

Sources

https://bilan-electrique-2020.rte-france.com/production-thermique-fossile/

https://earthjustice.org/news/press/2021/environmental-groups-states-coal-ash-proposal-a-good-start

https://www.lemonde.fr/planete/article/2016/10/21/hazelwood-la-centrale-a-charbon-la-plus-sale-d-australie_5017926_3244.html

https://www.ecologie.gouv.fr/sites/default/files/Synth%C3%A8se%20finale%20Projet%20de%20PPE.pdf