Électrotechnique
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L’électrotechnique se rapporte « aux applications pratiques de l'électricité, à la science étudiant ces applications[1] ». Elle concerne par exemple 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 d'un électromètre, en 1600, par William Gilbert, permettant de déterminer la présence des charges électriques et à l'invention d'un générateur électrostatique, en 1672, par Otto von Guericke, permettant de séparer des charges électriques avec une machine.
Production et consommation de l’énergie électrique[modifier | modifier le code]
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 (centrale hydroélectrique), nucléaire, thermique(fuel, charbon, biogaz, géothermie...) ou éolien qui peut être transformée en énergie mécanique puis en énergie électrique à l'aide d'un générateur électrique(qui est le fonctionnement inverse d'un moteur). Cette transformation se fait généralement dans une centrale électrique, cependant certains particuliers avec des installations adéquates peuvent produire à petite échelle leur énergie électrique et parfois en vendre à leur fournisseur. Les panneaux photovoltaïques constituent un cas particulier vis à vis des énergies ci-dessus étant donné qu'ils transforment l'énergie solaire en énergie électrique directement par effet photoélectrique, et ce, sans passer par une énergie mécanique. Néanmoins, l'énergie produite par les panneaux solaires nécessite un traitement grâce à de l'électronique de puissance afin d'être utilisée dans le réseau de distribution électrique.
Transport de l’énergie électrique[modifier | modifier le code]
Sur des longues distances, pour le transport de l'énergie électrique, il faut prendre en considération l'effet d'onde, la résistance et la réactance des câbles électriques qui entraîne des pertes suivant la fréquence, la tension ou l’intensité du courant. Les pertes dues à la résistance de la ligne 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. Il faut aussi prendre en compte la proximité entre conducteurs ou avec la terre, qui génère des capacités parasites générant des pertes par interférences.
Traitement de l’énergie électrique[modifier | modifier le code]
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[modifier | modifier le code]
Avant le XVIIe siècle[modifier | modifier le code]
- -550 : première méthode pour séparer des charges électriques et première description du phénomène d'électricité, des effets après avoir frotté une ambre (Thalès de Milet) ;
XVIIe et XVIIIe siècles[modifier | modifier le code]
- 1600 : invention de l'électromètre et première description de la différence entre électricité et magnétisme dans son livre avec „Differentia inter magnerica & electrica“ (William Gilbert) ;
- 1663 : invention du générateur électrostatique, pour séparer des charges électriques, publication en 1672 (Otto von Guericke) ;
- 1671 : Gottfried Wilhelm von Leibniz produit des arcs électriques avec le générateur électrostatique de Otto von Guericke ;
- 1745 : invention du condensateur, la bouteille de leyde, une méthode pour stocker des charges électriques (Pieter van Musschenbroek et Ewald Georg von Kleist) ;
- 1752 : Benjamin Franklin invente le paratonnerre et publie les résultats de ses Experiments and Observations on Electricity ;
- 1762 : invention de l'électrophore par Johan Carl Wilcke ;
- 1775 : amélioration significative de l'électrophore par Alessandro Volta ;
- 1785 : loi de Coulomb (Charles-Augustin Coulomb) ;
- 1792 : Luigi Galvani entreprit son expérience avec des pattes de grenouille, dans laquelle une cellule électrochimique galvanique servait de source de tension ;
- 1795 : invention du télégraphe électrique (Francesc Salvà i Campillo).
XIXe siècle[modifier | modifier le code]
- 1800 : Inspiré par l'expérience de Galvani, Alessandro Volta construit la première pile électrique, la pile voltaïque
- 1801 : invention de la lumière électrique constante avec des fils métalliques (Louis Jacques Thénard) ;
- 1820 : expérience de Christian Ørsted (déviation d'une aiguille aimantée placée à proximité d'un fil parcouru par un courant) ; André-Marie Ampère montre notamment que deux fils rectilignes parcourus par un courant s'attirent ou se repoussent ;
- 1822 : solénoïde (André-Marie Ampère) ; électroaimant (François Arago) ; première construction d'un moteur à courant continu qui tourne de façon continue si on connecte une batterie, un moteur homopolaire, la "Barlow's wheel" (Peter Barlow). Les premiers appareils, expériences et descriptions d'une telle machine avec "Description of an Electro-magnetic Apparatus for the Exhibition of Rotatory Motion" sont cependant attribués en 1821 à Michael Farraday ;
- 1826 : loi d’Ohm (Georg Simon Ohm) ;
- 1828 : amélioration du moteur à courant continu (Ányos István Jedlik) ;
- 1831 : phénomène d’induction électromagnétique (Michael Faraday) ;
- 1832 : invention du générateur à courant alternatif. Si on tourne la manivelle il y a une tension alternative sur deux contacts (Antoine-Hippolyte Pixii) ;
- 1835 : invention de l’ampoule électrique (James Bowman Lindsay) ;
- 1840 : loi de Joule pour décrire l'énergie (James Prescott Joule) ; amélioration significative du télégraphe électrique (Samuel F. B. Morse) ;
- 1854 : invention de la batterie au plomb (Wilhelm Josef Sinsteden) ;
- 1859 : amélioration significative de la batterie au plomb (Gaston Planté) ;
- 1860 : inventation du téléphone électrique (Antonio Meucci et Philipp Reis) ;
- 1861 : invention du générateur à courant continu, la dynamo (Ányos István Jedlik). Si cela est vrai 5 ans avant Werner von Siemens qui est considéré dans de nombreux cercles comme l'inventeur du Dynamo. Selon certains documents, Søren Hjorth aurait reçu en 1854 le premier brevet de dynamo ;
- 1864 : les équations de Maxwell pour décrire l'électromagnétisme (James Clerk Maxwell) ;
- 1871 : amélioration significative de la dynamo, un generateur à courant continu, la machine de Gramme (Zénobe Gramme) ;
- 1873 : Hippolyte Fontaine découvre la réversibilité de la machine de Gramme : " Wow c’est aussi un moteur à courant continu ! " ;
- 1876 : premier téléphone électrique de série pour le marché grand public (Alexander Graham Bell) ;
- 1878 : Gramme construit les premières machines à courant alternatif (alternateurs monophasés) ; amélioration significative de l’ampoule électrique (lampe avec un fil de carbone) et ainsi a apporté la lumière électrique au peuple (Thomas A. Edison) ;
- 1879 : Werner von Siemens construit le premier train à traction électrique ;
- 1882 : Lucien Gaulard invente le transformateur ; 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 ;
- 1883 : premier cours universitaire en électrotechnique du monde pour former des ingénieurs en électrotechnique, à l'université de technologie de Darmstadt, en Allemagne (Erasmus Kittler) ; début de l’électronique avec l'émission thermoionique des lampes, redécouvert en 1883 par Thomas Edison[2] ;
- 1886 : Preuve expérimentale des équations de Maxwell et découverte expérimentale des ondes hertziennes (Heinrich Hertz) ;
- 1887 : invention du moteur à courant alternatif biphasé et multiphasé (synchrone) par Nikola Tesla ; invention du moteur à courant alternatif biphasé (asynchrone) par Galileo Ferraris ; construction d'un générateur à courant alternatif triphasé (synchrone) avec une structure du rotor comme un T (Friedrich August Haselwander) ;
- 1888 : Mikhaïl Dolivo-Dobrovolski a inventé le moteur et générateur à courant alternatif triphasé (asynchrone et synchrone) avec 120° entre les phases, alors l'invention du système à courant alternatif triphasé qui a prévalu. Aux États-Unis, cependant, Geoge Westinghouse a encore longtemps pari sur le système duophasé à courant alternatif avec trois cable de Nikola Tesla ; Mikhaïl Dolivo-Dobrovolski fait des premiers essais et expériences avec des couplages étoile-triangle sur ses moteurs et générateurs à courant alternatif triphasé.
- 1891 : invention du transformateur à courant alternatif triphasé (Mikhaïl Dolivo-Dobrovolski) ; Oskar von Miller et Mikhaïl Dolivo-Dobrovolski transporte en Europe, en Allemagne le courant alternatif triphasé à 175 km de son lieu de production avec une ligne à moyenne tension 25kV ;
- 1896 : exploitation des chutes du Niagara en Amérique du Nord par la société de George Westinghouse (courant alternatif biphasé créé par des alternateurs) ; première transmission électromagnétique d'un signal radio sans fil (250 m) (Alexander Stepanowitsch Popow) ;
XXe siècle[modifier | modifier le code]
- 1905 : invention de la diode en tube électronique (John Ambrose Fleming) ;
- 1911 : découverte de la supraconductivité ;
- 1925 : David Prince décrit pour la première fois le fonctionnement d'un onduleur [3]
- 1926 : premier téléviseur électrique (électromécanique) (John Logie Baird) ; premier service téléphonique sans fils en première classe dans un train en Allemagne entre Hambourg et Berlin ;
- 1927 : première transmission électromagnétique d'un signal de télévision, de Londres à New York (John Logie Baird) ;
- 1941 : le premier ordinateur électrique (électromécanique) Zuse Z3 (Konrad Zuse) ;
- 1947 : invention du transistor (Bardeen, Brattain et Shockley) ;
- 1954 : début de production d'électricité avec les cellules photovoltaïques ;
- 1958 : invention du circuit intégré (Jack Kilby et Robert Noyce) ;
- 1960 : Karl Kordesch a breveté la pile alcaline, qui est l’un des plus importants piles d’énergie électrochimique. ;
- 1963 : première camera numérique (David Paul Gregg) ;
- 1965 : Gordon Earle Moore formule la loi de Moore, une règle basée sur l'observation empirique. Certains disent que cela prédit qu'en général le développement technique pourrait être exponentiel ; Prix Nobel pour l'électrodynamique quantique (Shin'ichirō Tomonaga, Julian Schwinger et Richard Feynman) ;
- 1968 : invention du microprocesseur (Marcian Edward Hoff) ;
- 1969 : la première intégration réussie de toutes les fonctions d'un processeur sur un seul et unique circuit intégré, le Intel 4004 (Marcian Edward Hoff) ; invention et le début du intranet et avec ça l'internet, réalisé avec des câbles de télécommunication électriques et optiques ;
- 1970 : invention de l'accumulateur lithium-ion ;
- 1971 : le premier microprocesseur commercialisé, premier microprocesseur au marché, le Intel 4004 (Federico Faggin) ;
- 1975 : un des premiers micro-ordinateurs vendus aux particuliers, Altair 8800 ;
- 1982 : Stanford R. Ovshinsky et Masahiko Oshitani ont mis au point l'accumulateur nickel-hydrure métallique de 1962 à 1982, prêt à être mis sur le marché.
- 1986 : supraconducteur à « haute température » (Alex Müller et Georg Bednorz) ;
- 1991 : premier accumulateur lithium-ion sur le marché ;
- 1993 : commercialisation de câbles supraconducteurs refroidis à l’azote liquide (−196,15 °C) .
XXIe siècle[modifier | modifier le code]
- 2004 : les largeurs de structure de 100 nanomètres pour les circuits intégrés en fabrication commerciale ont été sous-exploitées. L'industrie des semi-conducteurs en dessous de cette limite est très souvent associé au nouveau domaine la nanoélectronique.
Métiers[modifier | modifier le code]
En électrotechnique, les étudiants peuvent se spécialiser et devenir experts dans divers grands domaines classiques, tels que la technologie de l'énergie, l'électronique et microélectronique, la technologie d'automatisation ou les télécommunications.
Bibliographie[modifier | modifier le code]
- Électrotechnique de Théodore Wildi et Gilbert Sibille - 4e édition - éd. DEBOECK - 2005.
Notes et références[modifier | modifier le code]
- Définitions lexicographiques et étymologiques de « électrotechnique » du Trésor de la langue française informatisé, sur le site du Centre national de ressources textuelles et lexicales (consulté le 25 septembre 2014).
- Voir Effet Edison.
- (en) E.L. Owen, « History [origin of the inverter] », IEEE Industry Applications Magazine, vol. 2, no 1, , p. 64-66 (DOI 10.1109/2943.476602).
