Introduction
La production d’électricité est indispensable au fonctionnement des sociétés modernes. Historiquement, elle repose largement sur la combustion d’énergies fossiles (charbon, pétrole, gaz), qui libère de l’énergie thermique pour faire tourner des turbines. Mais cette méthode a un coût environnemental élevé : elle émet de grandes quantités de gaz à effet de serre, responsables du réchauffement climatique.
Dans ce contexte, produire de l’électricité sans combustion devient un enjeu scientifique, technologique et écologique majeur. Cette leçon présente les principaux procédés permettant de générer de l’électricité sans recourir à la combustion, leurs principes physiques, ainsi que leurs avantages et limites dans une perspective de transition énergétique.
Les principes généraux de production d’électricité
Produire de l’électricité revient à mettre en mouvement des charges électriques dans un circuit. Plusieurs principes permettent cela :
par induction électromagnétique : lorsqu’un conducteur (par exemple une bobine) est soumis à un champ magnétique variable, un courant électrique est induit. Ce principe, découvert par Faraday, est au cœur de la plupart des centrales électriques (thermiques, nucléaires, hydroélectriques, etc.).
par conversion photon-électron : lorsqu’un photon est absorbé dans un matériau semi-conducteur, il peut exciter un électron et créer un courant électrique (principe du photovoltaïque).
par réaction électrochimique : dans une pile (classique ou à hydrogène), des réactions chimiques produisent de l’électricité.
par déformation mécanique : certains matériaux (piézoélectriques) génèrent de l’électricité lorsqu’ils sont compressés.
Dans toutes ces situations, aucune combustion n’est nécessaire. L’énergie est issue de phénomènes mécaniques, radiatifs, nucléaires ou chimiques, souvent plus propres.
À retenir
Il est possible de produire de l’électricité sans combustion grâce à des procédés physiques ou chimiques.
L’électricité est générée en mobilisant le mouvement ou l’excitation de charges électriques.
Ces alternatives réduisent fortement les émissions de gaz à effet de serre.
L’énergie hydraulique
L’hydroélectricité utilise l’énergie de l’eau en mouvement pour entraîner une turbine et produire de l’électricité par induction. Ce procédé ne repose pas sur la combustion.
Différents dispositifs existent :
barrages hydroélectriques : l’eau stockée en altitude est dirigée vers une turbine.
centrales au fil de l’eau : elles exploitent le courant naturel d’un fleuve.
énergie marémotrice : elle utilise les variations du niveau de la mer dues aux marées.
hydroliennes : elles exploitent principalement les courants marins, plus puissants et réguliers.
Avantages :
énergie renouvelable et pilotable.
excellent rendement (jusqu’à 90 %).
possibilité de stockage grâce aux stations de pompage-turbinage.
Limites :
impacts sur les écosystèmes aquatiques.
dépendance au relief, au débit, et au climat.
À retenir
L’hydroélectricité transforme l’énergie de l’eau en électricité sans combustion.
Elle repose sur l’induction électromagnétique, comme les centrales thermiques.
Les hydroliennes sont principalement adaptées aux courants marins.
L’énergie nucléaire
Les centrales nucléaires produisent de l’électricité sans combustion, par fission de noyaux lourds (uranium, plutonium). Cette réaction libère une importante énergie thermique, qui chauffe un circuit primaire fermé d’eau sous pression. Ce circuit transmet la chaleur à un second circuit, dans lequel l’eau se transforme en vapeur pour faire tourner une turbine couplée à un alternateur.
Le procédé repose sur le même principe d’induction que dans les centrales thermiques classiques, mais sans combustion de matière organique. Il n’y a donc pas d’émission directe de CO₂.
Avantages :
production continue, stable et puissante.
très faible empreinte carbone à l’usage.
fonctionnement pilotable selon la demande.
Limites :
déchets radioactifs à gérer à très long terme.
risques d’accident nucléaire.
débat sur l’acceptabilité sociale et le coût des installations.
À retenir
La fission nucléaire libère de la chaleur sans combustion, via un circuit primaire sécurisé.
Elle permet une production stable et puissante d’électricité.
Le nucléaire émet très peu de CO₂, mais pose des questions de sécurité et de durabilité.
L’énergie solaire photovoltaïque
La cellule photovoltaïque convertit directement la lumière en électricité sans combustion ni pièce en mouvement. Lorsqu’un photon est absorbé par un matériau semi-conducteur (souvent du silicium), il peut exciter un électron, qui passe de la bande de valence à la bande de conduction, laissant un trou derrière lui. Ces deux porteurs de charge (électron et trou) peuvent circuler.
Une jonction p-n (frontière entre deux zones dopées différemment) crée un champ électrique interne qui oriente les charges et produit une tension électrique. Le courant généré est continu, ce qui nécessite un onduleur pour le convertir en courant alternatif utilisable par les réseaux.
Remarque :
Un semi-conducteur est un matériau dont la conductivité électrique est modulable. La bande de conduction désigne les états d’énergie dans lesquels les électrons peuvent circuler. La jonction p-n permet de créer un déséquilibre qui favorise la séparation des charges.
Avantages :
énergie abondante, renouvelable et propre à l’usage ;
installation possible en toiture, au sol, sur de petits ou grands sites ;
peu d’entretien et longue durée de vie (25 à 30 ans).
Limites :
intermittence (dépend du jour, de la météo) ;
rendement modéré (15 à 22 % pour les cellules commerciales) ;
nécessité de stockage pour un usage continu.
À retenir
Le photovoltaïque convertit la lumière en courant continu sans combustion ni pièces mobiles.
Il nécessite un onduleur pour alimenter le réseau électrique.
C’est une technologie propre mais intermittente.
Les piles à hydrogène
Une pile à hydrogène (ou pile à combustible) produit de l’électricité par une réaction électrochimique entre de l’hydrogène (H₂) et du dioxygène (O₂). L’hydrogène est oxydé, libérant des électrons qui circulent dans un circuit externe et génèrent un courant.
Ce procédé ne fait pas appel à une combustion avec flamme, mais il produit aussi de la chaleur, qui peut être récupérée (cogénération). Le seul déchet direct est de la vapeur d’eau. L’efficacité du système dépend de la pureté de l’hydrogène et de sa méthode de production.
Avantages :
fonctionnement silencieux et sans émission locale.
production continue tant que les réactifs sont disponibles.
applications mobiles, stationnaires ou embarquées.
Limites :
hydrogène difficile à stocker, à transporter et à produire sans émissions.
rendement global inférieur à d’autres filières dans certains cas.
coût encore élevé.
À retenir
La pile à hydrogène produit de l’électricité par réaction chimique, sans combustion au sens strict.
Elle émet uniquement de la vapeur d’eau et de la chaleur.
Son impact dépend fortement du mode de production de l’hydrogène.
Conclusion
Il est aujourd’hui possible de produire de l’électricité sans combustion, en mobilisant des sources hydrauliques, nucléaires, solaires ou électrochimiques. Ces technologies ont en commun une empreinte carbone faible, mais présentent chacune des contraintes techniques et environnementales.
L’avenir de la production électrique passe par une diversification des sources, une meilleure gestion de l’intermittence, et des choix adaptés aux contextes locaux. Il ne s’agit pas seulement de remplacer les centrales thermiques, mais de repenser entièrement notre système énergétique, pour qu’il soit à la fois durable, résilient et équitable.