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Production d'électricité : les combustibles fossiles

Parlons sciences
Lisibilité
7.5

Quels sont les liens avec mon programme d'études?

Découvre comment l’énergie produite par les combustibles fossiles peut être utilisée pour générer de l’électricité

Les combustibles fossiles au Canada

Les combustibles fossiles sont une source d’énergie commune pour la production d’électricité au Canada. En 2016, environ 9,3 % de l’énergie utilisée au Canada provenait du charbon, 9,6 % du gaz naturel et 0,5 % du pétrole. La majorité de l’électricité en Alberta, en Saskatchewan, en Nouvelle-Écosse et au Nunavut provient des combustibles fossiles. Les autres provinces utilisent également les combustibles fossiles pour produire une partie de leur électricité. Plus de 60 % de la population mondiale utilise le charbon, le pétrole et le gaz naturel pour produire de l’électricité.

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Graphique - Version textuelle

Ce diagramme circulaire illustre la production d’électricité par type de carburant au Canada en 2016. L’hydroélectricité représentait 58,8 % de la production d’électricité, suivie de 14,6 % par le nucléaire, 9,3% pour le charbon, 9,6 %, pour le gaz naturel, 4,7 % pour l’énergie éolienne, 2 % pour la biomasse, 0,5 % pour le pétrole et le diesel et 0,5 % pour l’énergie solaire.

Le savais-tu?

En 2003, 25 % de l’électricité de l’Ontario provenait de la combustion du charbon. La dernière centrale au charbon en Ontario a fermé ses portes en 2014.

Les combustibles fossiles, qu’est-ce que c’est?

Les combustibles fossiles sont composés des restes de plantes et d’animaux morts. Pendant des millions d’années, la chaleur et la pression ont transformé ces restes en pétrole, en gaz naturel et en charbon. Il y a une quantité limitée de combustibles fossiles sur notre planète. Il s’agit donc d’une ressource non renouvelable. Si nous continuons d’utiliser les combustibles fossiles en grande quantité, un jour, il n’y en aura plus.  

Comment utilise-t-on les combustibles fossiles pour produire de l’électricité?

Lorsqu’il est question de faire brûler des matières pour produire l’électricité, on utilise le terme de production thermique. L’électricité n’est pas produite par la combustion elle-même. La combustion de charbon ou de pétrole réchauffe des chaudières géantes remplies d’eau. L’eau liquide est ainsi transformée en vapeur. La vapeur crée beaucoup de pression dans la chaudière. La pression fait tourner une turbine à vapeur. Cela permet à un générateur de produire de l’électricité. 

Processus de production d’électricité dans une centrale électrique au charbon
<p>Processus de production d&rsquo;&eacute;lectricit&eacute; dans une centrale &eacute;lectrique au charbon (Parlons sciences utilise une image du domaine public par la Tennessee Valley Authority via <a href="https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Coal_fired_power_plant_diagram.svg">Wikimedia Commons</a>).</p>

 

Le processus est un peu différent dans les centrales au gaz naturel. Les centrales au gaz naturel utilisent des turbines à gaz au lieu de turbines à vapeur. Dans une turbine à gaz, le gaz naturel brûle en présence de l’air. L’air ainsi réchauffé prend de l’expansion et fait tourner la turbine.

La rotation de la turbine alimente un générateur. C’est le générateur qui produit de l’électricité. D’autres éléments en mouvement tels que le vent et l’eau peuvent aussi faire tourner des turbines.

Les générateurs sont des appareils qui convertissent l’énergie mécanique en énergie électrique. Tout d’abord, la pression produite par l’air réchauffé fait tourner un rotor. Un rotor est une tige, aussi appelée arbre, qui se trouve au centre de la génératrice. Le rotor est connecté à une bobine de fil électrique. Le fil pivote à l’intérieur d’un aimant fixe placé autour de lui et nommé stator. Le champ magnétique pousse les électrons le long du fil. Un courant électrique est ainsi créé. Ce processus s’appelle l’induction électromagnétique.

Parties d’un générateur
<p>Parties d&rsquo;un g&eacute;n&eacute;rateur (Parlons sciences utilise une image par <a href="https://www.istockphoto.com/portfolio/Graphic_BKK1979?mediatype=illustration">Graphic_BKK1979</a> via <a href="https://www.istockphoto.com/vector/direct-current-generator-gm1131107593-299384232">iStockphoto</a>)</p>

Quelle quantité d'électricité les combustibles fossiles peuvent-ils produire?

On utilise les combustibles fossiles parce qu’ils ont une densité énergétique plus élevée que les autres sources. Par exemple, 1 kilogramme de gaz naturel contient 53,1 mégajoules d’énergie. 1 kilogramme de bois contient seulement 19,8 mégajoules. Cela signifie que 1 kilogramme de gaz naturel peut produire beaucoup plus d’électricité qu’une quantité égale de bois. 

Le savais-tu?

Le joule est une unité utilisée pour mesurer l’énergie. Il tient son nom de James Prescott Joule. Il a étudié la relation entre la chaleur, l’électricité et le travail mécanique.  

Valeur énergétique pour diverses sources énergétiques
<p>Valeur &eacute;nerg&eacute;tique pour diverses sources &eacute;nerg&eacute;tiques (&copy;2020 Parlons sciences. Source des donn&eacute;es&nbsp;: <a href="https://www.brookings.edu/essay/why-are-fossil-fuels-so-hard-to-quit/">The Brookings Institute</a>). </p>
Image - version textuelle

La teneur énergétique du gaz naturel est de 53,1 mégajoules par kilogramme, la teneur énergétique de l’essence et du carburant diesel est de 45,8 Mégajoules par kilogramme, la teneur énergétique en charbon de bois est de 34,7 Mégajoules par kilogramme, la teneur énergétique du charbon est de 30,2 Mégajoules par kilogramme, la teneur énergétique en bois est de 19,8 Mégajoules par kilogramme et la teneur énergétique d’une batterie lithium-ion est de 0,5 Mégajoules par kilogramme.

 

325 kilogrammes de charbon sont nécessaires pour alimenter une ampoule incandescente de 100 watts 24 heures par jour, pendant un an. Une centrale au charbon standard de 500 mégawatts produit environ 3,5 milliards de kilowattheures chaque année. Cela représente suffisamment d’énergie pour alimenter 4 millions d’ampoules, 24 heures par jour, pendant un an.

Les avantages des combustibles fossiles pour la production d’électricité

Utiliser des combustibles fossiles est une méthode peu coûteuse pour produire de l’électricité parce qu’extraire le charbon, le gaz naturel et le pétrole du sol est un processus simple. Les combustibles fossiles sont faciles à emmagasiner et à transporter en raison de leur densité énergétique élevée. Les machines nécessaires à l’extraction, au transport et à l’utilisation des combustibles fossiles existent déjà. Ceci les rend donc encore plus économiques. De plus, les combustibles fossiles ne dépendent pas du temps qu’il fait. Ces facteurs font des combustibles fossiles une source d’énergie fiable.
 

Mine de charbon en Alberta
<p>Mine de charbon en Alberta (Source: <a href="https://www.istockphoto.com/portfolio/bgsmith?mediatype=photography">bgsmith</a> via <a href="https://www.istockphoto.com/photo/coal-mine-gm173656689-24683831">iStockphoto</a>).</p>

 

Les désavantages des combustibles fossiles pour la production d’électricité

Le fait que les combustibles fossiles sont faciles à utiliser et économiques donne l’impression qu’ils constituent une bonne source d’électricité. Toutefois, le coût pour la société de l’utilisation des combustibles fossiles est beaucoup plus élevé que leur prix actuel. La combustion de combustibles fossiles contribue aux chargements climatiques. Cela est dû au fait qu’elle entraîne une émission de dioxyde de carbone et d’autres gaz à effet de serre dans l’air. La production d’électricité est l’une des sources principales de gaz à effet de serre. Elle représente environ 25 % des émissions mondiales. La combustion de charbon pour la production d’électricité émet de grandes quantités de gaz à effet de serre. En 2016, 67,8 % des gaz à effet de serre liés à la production d’électricité produits au Canada proviennent du charbon. Mais seulement 9,3 % de l’électricité du Canada provient du charbon. 

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Graphique - Version textuelle

Ce diagramme circulaire illustre l'émission de gaz à effet de serre par source de carburant en 2016 . Le charbon a créé 67,8% des émissions de g.e.s en lien avec la production d'électricité au Canada, suivi par 28,9 % pour le gaz naturel, 3,2 % pour le pétrole et le diesel.

 

Produire de l’électricité à partir de combustibles fossiles produit aussi d’autres polluants. Par exemple, la combustion de charbon et de pétrole émet des oxydes d’azote et du gaz de dioxyde de soufre. Ces polluants peuvent causer des pluies acides, qui sont néfastes pour les sols, les forêts, les lacs et les rivières. La combustion de combustibles fossiles, tout particulièrement du charbon, relâche également des particules fines dans l’air. Ces particules peuvent causer des crises cardiaques, des accidents vasculaires cérébraux, des cancers du poumon ainsi que d’autres maladies. 

De nombreux problèmes sont liés à la combustion de combustibles fossiles. Mais elle a permis à notre espèce d’effectuer de nombreuses avancées. Durant de nombreuses décennies, l’électricité n’était possible que grâce aux combustibles fossiles. Les combustibles fossiles ont alimenté la révolution industrielle. Et ils ont amélioré la qualité de vie aux quatre coins du monde. De nombreux pays en développement dépendent des combustibles fossiles. Pour eux, les combustibles fossiles pourraient jouer un rôle dans l’augmentation de la production d’énergie qui réduit la pauvreté énergétique.

 

En savoir plus

Les énergies fossiles

Cette page d'information des explorateurs de l'énergie présente brièvement l'histoire et les types de combustibles fossiles. 

Comment produit-on de l’électricité ?

Cette vidéo de Comment ça marche? explique comment on génère de l'électricité à partir de différentes sources. 

Qu’est-ce que la fracturation hydraulique? (2018)

Article de Parlons sciences sur la manière d’extraire le gaz naturel de la roche. 

Références

Afework, B et al. (2020, April 28) Power Plant. Energy Education, University of Calgary

Gross, S. (2020, June). Why are fossil fuels so hard to quit? Brookings Institution 

kraftwerkforschung. (n.d.). The difference between steam and gas turbines.

Morse, E. (2013, February 21). Non-renewable energy. National Geographic.

Natural Resources Canada. (n.d.). Electricity Facts.

Natural Resources Canada. (n.d.) About Electricity.

Tennessee Valley Authority. (n.d.). How a coal plant works.