L’électrotechnique se rapporte « aux applications pratiques de l'électricité, à la science étudiant ces applications^[1] ». Elle concerne la production, le transport, la distribution, le traitement, la transformation, la gestion et l’utilisation de l’énergie électrique. Parfois appelée génie électrique, elle remonte à l'invention de la dynamo en 1869.

Principes de l’électrotechnique

Production et consommation de l’énergie électrique

L’électricité peut être employée pour transporter l’énergie d’un point à un autre, elle sert de vecteur énergétique. Il y a d’abord une énergie primaire, entre autres : énergie potentielle de pesanteur, nucléaire, thermique. L'énergie primaire est transformée en énergie mécanique (ex : énergie mécanique de rotation dans une turbine), qui elle-même est transformée dans une centrale électrique en énergie électrique via un générateur électrique. Celles-ci fonctionnent, pour la plupart, grâce aux effets du magnétisme. Ces machines sont théoriquement réversibles, permettant de passer de l’énergie électrique à une énergie mécanique (fonctionnement moteur).

Transport de l’énergie électrique

Sur des longues distances, il faut prendre en considération l'effet d'onde et la résistance des câbles électriques qui entraine des pertes suivant la tension. Ces dernières pertes sont appelées « pertes par effet Joule ». Elles dépendent de la section du fil ou du câble, ainsi que de l'intensité du courant transporté. Il faut alors trouver la forme optimale du signal pour transporter l’électricité. On choisit généralement un courant alternatif à très haute tension en triphasé. Le choix d'une tension élevée permet d'abaisser l'intensité du courant et donc de réduire les pertes par effet Joule générées dans le câble durant le transport et ne servant qu'à échauffer l’atmosphère.

Traitement

Le traitement de l'énergie électrique véhiculée peut se faire à des fins de gestion marchande et de sécurité : il s'agit de l'appareillage électrique, ou de la conversion d'énergie : machine électrique, transformateur électrique, électronique de puissance, en sont les principaux constituants.

Histoire de l’électrotechnique

La découverte de la possibilité d'utiliser l’électricité

• 1800 : première pile électrique (Alessandro Volta) ;
• 1820 : expérience de Christian Ørsted (déviation d'une aiguille aimantée placée à proximité d'un fil parcouru par un courant) ;
• 1822 : solénoïde (André-Marie Ampère) ;
• 1822 : électroaimant (François Arago) ;
• 1826 : loi d’Ohm (Georg Simon Ohm) ;
• 1831 : phénomène d’induction électromagnétique (Michael Faraday) ;
• 1840 : loi de Joule (James Prescott Joule).

Les débuts de l’électrotechnique

• 1871 : Zénobe Gramme invente la dynamo ;
• 1873 : Hippolyte Fontaine découvre la réversibilité de la dynamo : c’est le moteur à courant continu ;
• 1878 : Gramme construit les premières machines à courant alternatif (alternateurs monophasés) ;
• 1878 : invention de l’ampoule électrique (Thomas A. Edison) ;
• 1879 : Werner von Siemens construit le premier train à traction électrique ;
• 1882 : Lucien Gaulard invente le transformateur ;
• 1882 : la société d'Edison met en service la première usine électrique du monde dans le quartier de Wall Street à New York. Elle produit du courant continu avec des dynamos entraînées par des machines à vapeur.
• 1888 : invention du moteur à courant alternatif (asynchrone) par Nikola Tesla ;
• 189x : développement des alternateurs polyphasés (Nikola Tesla) ;
• 1891 : Oskar von Miller transporte le courant alternatif à 175 km de son lieu de production ;
• 1896 : exploitation des chutes du Niagara par la société de George Westinghouse (courant alternatif créé par des alternateurs).

Les apports de la physique moderne

• 1873 : début de l’électronique avec l'émission thermoionique des lampes, redécouvert en 1883 par Thomas Edison^[2] ;
• 1911 : découverte de la supraconductivité ;
• 1948 : invention du transistor (Bardeen, Brattain et Shockley) ;
• 1954 : début de production d'électricité avec les cellules photovoltaïques ;
• 197x : développement des cellules photovoltaïques ;
• 197x : développement de l’électronique de puissance ;
• 1986 : supraconducteur à « haute température » (Alex Müller et Georg Bednorz) ;
• 1993 : commercialisation de câbles supraconducteurs refroidis à l’azote liquide (−196,15 °C).

Bibliographie

• Électrotechnique de Théodore Wildi et Gilbert Sibille - 4^e édition - éd. DEBOECK - 2005.