Les centrales thermiques en France

En France, les modes de production de l’électricité sont multiples. Les centrales thermiques représentent un segment important des centrales électriques actives sur tout le territoire. Si l’on distingue plusieurs types de centrales thermiques, en revanche leur mode de fonctionnement est similaire.

Les centrales thermiques : principes de fonctionnement général

Une centrale thermique produit de l’électricité à partir d’une source de chaleur. Son principe de fonctionnement repose sur la machine thermique, qui consiste à actionner une turbine entraînant à son tour un alternateur. L’action de la turbine peut être produite de deux façons et désigne de fait, deux grands types de centrales thermiques :

  • les centrales thermiques à vapeur, où l’inflammation d’un combustible va chauffer de l’eau et va produire de la vapeur d’eau. Cette vapeur d’eau est injectée dans la turbine et provoque une énergie cinétique. L’action de la turbine entraîne un alternateur, qui va par la suite transformer la force mécanique en énergie électrique ;
  • les centrales thermiques à combustion, où l’inflammation d’un combustible produit de la chaleur et une détente des gaz dans l’air ambiant. Cette détente crée un mouvement mécanique qui actionne la turbine. Celle-ci est reliée à un alternateur qui transforme l’énergie mécanique en énergie électrique.

La phase de production d’électricité s’achève, pour ces deux modes de production thermiques, par l’utilisation d’un transformateur qui va redistribuer l’électricité sur le réseau de distribution général.

La cogénération, la double efficacité de la centrale thermique

Certaines centrales thermiques à vapeur sont dites à cogénération. Leur exploitation permet de produire de l’électricité, mais également de récupérer la chaleur issue de la vapeur d’eau pour alimenter les réseaux de chauffage des collectivités ou villes environnantes.

Les différents types de centrales thermiques

La France dispose de différentes sortes de centrales thermiques réparties sur l’ensemble de son territoire. Chaque type de centrale thermique se différencie par son mode de production thermique (turbine vapeur ou turbine à combustion) et par sa source d’énergie utilisée comme combustible :

  • les centrales thermiques à flamme utilisant les énergies fossiles (charbon, fioul, gaz) ;
  • les centrales thermiques nucléaires utilisant l’uranium ;
  • les centrales thermiques à récupération de chaleur utilisant les énergies renouvelables (solaire, biomasse) ;
  • les centrales thermiques à combustion interne, ou TAC (nous verrons celles-ci plus bas, dans la partie sur l’avenir des centrales thermiques).

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Les centrales thermiques à flamme

Les centrales thermiques à flamme sont les types de centrales électriques les plus classiques et les plus anciennes en France. En 2020, selon le dernier bilan RTE (Réseau de transport d’électricité), les centrales thermiques à flamme représentaient près de 7,5 % de la production d’électricité totale française (soit 37,6 TWh sur 500 TWh).

Comment fonctionne une centrale thermique à flamme ?

Une centrale thermique à flamme utilise principalement une énergie fossile pour fonctionner : charbon, gaz et fioul. Mais pas uniquement, puisque des énergies renouvelables issues de la biomasse sont également utilisées en tant que combustibles.

Le fonctionnement d’une centrale thermique à flamme peut se schématiser ainsi :

  1. préalablement à la combustion, le combustible subit un traitement (réduction en poudre pour le charbon, transformation en liquide pour le fioul, aucun traitement pour le gaz naturel) ;
  2. le combustible est ensuite brûlé dans une chaudière via un brûleur. À noter qu’il existe un brûleur spécifique à chaque combustible utilisé ;
  3. la chaudière contient de l’eau qui va chauffer sous l’action de la combustion de l’énergie utilisée. L’eau chauffée va se transformer en vapeur et être envoyée dans la turbine ;
  4. l’action mécanique de la turbine produit de l’énergie qui est transformée en courant électrique alternatif par un alternateur ;
  5. le courant électrique est ensuite élevé en tension par un transformateur pour être transportable via les lignes à Très haute tension (THA) et Haute tension (HT) ;
  6. la vapeur d’eau sortie de la turbine est transformée de nouveau en eau via son passage dans un condenseur. Cette phase de recyclage permet de réutiliser l’eau et de recommencer un autre cycle de production d’électricité.

La centrale thermique à charbon

La centrale à charbon classique fait partie des types de centrales électriques les plus anciennes installées en France. Apparue dès le début de l’ère industrielle à la fin du XIXe siècle, la centrale thermique à charbon a fortement participé au développement économique de la France. Dans le monde, la centrale thermique à charbon est le modèle le plus répandu et représente pour certains pays, la première source de production d’électricité (Chine, États-Unis, Inde, etc.).

En 2020, la part des centrales thermiques à charbon dans la production d’électricité française représente 0,30 % de la production totale (soit 1,4 TWh sur 500 TWh), soit une baisse de 12 % par rapport à 2019. Une baisse de production qui s’explique par l’inconvénient majeur lié à la combustion du charbon : les émissions de CO2 y sont particulièrement élevées. Ce gaz à effet de serre a un impact environnemental et sanitaire dévastateur (réchauffement climatique, maladies respiratoires).

À ce titre, les politiques gouvernementales veulent limiter l’utilisation des centrales thermiques à charbon dans le temps, avec un objectif de plafonnement des émissions de CO2 (article 3 de la loi Climat-Énergie) et la fermeture définitive des dernières centrales à charbon à l’horizon 2022. Un objectif qui est loin d’être atteint : la France compte encore en 2021 quatre centrales thermiques à charbon réparties sur l’hexagone. Leur utilisation est toutefois réservée aux pics de consommation en hiver, ainsi qu’au défaut de production d’électricité des centrales nucléaires (en période estivale lors des phases programmées de maintenance).

La centrale thermique au gaz

La centrale thermique au gaz naturel occupe une place de choix dans la production d’électricité issue du parc de centrales thermiques à flamme : la part du thermique à gaz représente près de 6,9 % sur les 7,5 % de la production totale (bilan RTE 2020).

Les avancées technologiques ont permis de développer des centrales thermiques d’un genre nouveau avec un rendement énergétique plus élevé que des centrales thermiques classiques : les centrales thermiques à TAC (Turbine à combustion) à cycle combiné et les centrales à Lit fluidisé circulant ou LFC.

La centrale thermique au fioul

Le fioul est une énergie fossile particulièrement polluante, au même titre que le charbon. La part de production d’électricité des centrales thermiques à fioul est assez faible (1,7 TWh soit 0,30 % de la production totale d’électricité).

Comme pour le charbon, les centrales thermiques à fioul sont amenées à disparaître et sont réservées qu’à des usages exceptionnels (pics de consommation en hiver notamment).

La centrale thermique biomasse

Les centrales biomasses occupent une place à part dans les types de centrales thermiques à flamme. Le principal point de différenciation étant le combustible utilisé issu des énergies renouvelables. Les centrales thermiques biomasses utilisent en effet les déchets organiques produits par les activités anthropiques (déchets industriels, déchets agricoles, déchets ménagers).

Mis à part cette singularité sur le type de combustible, le fonctionnement d’une centrale thermique biomasse est en tout point similaire à une centrale thermique à flamme classique. À noter que la centrale thermique à charbon de Gardanne a converti une de ses chaudières pour permettre l’utilisation de sources d’énergies issues de la biomasse (bois-énergie). Ce revirement va dans le sens des politiques gouvernementales en faveur de la transition énergétique. Cependant, certains scientifiques alertent sur l’écueil que peut produire l’utilisation de la biomasse sur le moyen/long terme. L’exploitation, voire la surexploitation, de ressources forestières consacrées est contre-productive dans la durée : émissions de particules fines issues du bois, réduction de la surface forestière.

La part de la production d’électricité issue de la biomasse est de 2,5 TWh en 2020.

Les centrales thermiques nucléaires

Les centrales nucléaires représentent la majorité des centrales thermiques en France et près de 70 % de la production d’électricité totale.

Fonctionnement d’une centrale nucléaire

Une centrale nucléaire utilise comme combustible l’uranium, une énergie fossile disponible dans le sous-sol de la Terre. Ce minerai hautement radioactif possède des propriétés indispensables pour produire de l’électricité à grande échelle :

  • la fission de l’atome d’uranium contenu dans le réacteur de la centrale, dégage de la chaleur qui va chauffer de l’eau (320 °C) comme dans une centrale thermique classique ;
  • la vapeur d’eau maintenue sous pression dans le circuit primaire du réacteur, entraîne par la suite l’action de la turbine dans un circuit secondaire ;
  • l’action de la turbine produit de l’énergie, qui est fournie puis transformée en courant alternatif par un alternateur ;
  • un transformateur élève par la suite la tension du courant électrique pour qu’il soit facilement transportable sur les lignes à très haute tension et haute tension ;
  • la vapeur d’eau en sortie de turbine passe par un circuit de refroidissement pour être transformée de nouveau en eau.

La part du nucléaire dans le mix énergétique français : avenir et perspectives

La production d’électricité issue des centrales thermiques nucléaires est largement majoritaire : 67 % de la production totale en 2020, soit la première source de production d’électricité en France.

Depuis le début des années 1970, la France a axé son système de production d’électricité essentiellement sur le nucléaire. Le pays compte près de 19 centrales thermiques nucléaires sur tout son territoire. Cette « exception française » dans le monde répond à plusieurs objectifs, dont le principal est de réduire notre dépendance énergétique vis-à-vis des autres pays et donc des autres énergies (pétrole, gaz, charbon).

Considérée comme une énergie décarbonée (soit exempte d’émissions de CO2), l’énergie nucléaire ne possède pas pour autant toutes les vertus. Les centrales nucléaires représentent d’une part un risque sanitaire important pour la population (déchets radioactifs) et d’autre part, une dangerosité accrue en cas de défaillance de réacteurs.

Sur ce point, l’exploitation des centrales thermiques nucléaires est fortement liée au budget consacré à la maintenance et à l’entretien. Plusieurs opérations de maintenance sont obligatoirement et régulièrement programmées (tous les 12-18 mois pendant plusieurs mois) afin de sécuriser les sites nucléaires. Ces opérations représentent un coût financier important, sans compter une baisse de production de l’électricité liée à cette indisponibilité.

L’État français s’est engagé à réduire le parc de production d’électricité issue du nucléaire avec la fermeture de 14 centrales d’ici 2035. La part de la production d’électricité doit quant à elle, passée de 70 % à 50 % d’ici 2050. Ce changement de cap implique le développement d’autres sources d’énergie, dont principalement les énergies renouvelables.

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Les centrales thermiques à chaleur renouvelable

Les énergies fossiles ne sont pas les seules sources d’énergie exploitées dans les centrales thermiques en France et dans le monde.

Les centrales solaires thermiques

Le soleil est une énergie inépuisable. Source première de chaleur, son exploitation est une évidence dans la production d’électricité. À l’échelle individuelle, nous connaissons tous les panneaux photovoltaïques qui, placés judicieusement sur le toit d’une maison, peuvent produire assez d’électricité pour atteindre l’autoconsommation dans certains cas.

À l’échelle industrielle, l’exploitation de la chaleur solaire peut être utilisée dans le fonctionnement de centrales solaires thermiques. À l’exception du combustible (la chaleur du soleil captée par des miroirs), le processus de fonctionnement est identique à une centrale thermique classique.

On distingue 3 types de centrales thermiques solaires :

  • les centrales à collecteur cylindriques, dont le fonctionnement repose sur la concentration des rayons du soleil qui va chauffer un liquide renfermé dans un tube, puis être transporté vers la centrale thermique ;
  • les centrales à tour, où les rayons du soleil sont orientés vers une chaudière située en haut d’une tour ;
  • les centrales à collecteurs paraboliques, où la concentration des rayons du soleil via des paraboles alimente des petites centrales électriques.

La France compte peu de centrales thermiques solaires sur son territoire. Près de 80 % des installations se situent aux États-Unis et en Espagne.

Les centrales thermiques géothermiques

L’énergie géothermique représente une autre source d’énergie renouvelable exploitable dans les centrales thermiques. L’eau chauffée naturellement dans le sous-sol de la Terre (nappe aquifère) est récupérée via un système de forage et de pompage. Au cours de son transport hors de terre, l’eau se transforme en vapeur, puis suit le processus classique de production d’électrique dans une centrale thermique (cycle turbine, alternateur, transformateur).

En France, la seule centrale géothermique est la centrale de Bouillante en Guadeloupe. En 2019, sa production d’électricité était de 110 GWh soit 6 % de la production d’électricité locale. Au niveau mondial, les centrales thermiques utilisant la géothermie sont exploitées en majorité par les États-Unis, l’Indonésie et les Philippines.

Les centrales thermiques : avantages et inconvénients de l’énergie thermique

L’exploitation d’une centrale thermique apporte des avantages mais également des inconvénients :

AvantagesInconvénients
– Souplesse et flexibilité d’utilisation. Les centrales thermiques permettent de répondre rapidement à des besoins ponctuels et urgents (pics de consommation).
– La production d’électricité ne dépend pas des conditions climatiques comme les énergies renouvelables.
– Les centrales thermiques à cogénération peuvent produire de la chaleur et de l’électricité.
– Les centrales thermiques utilisent des énergies fossiles (gaz, charbon et fioul) nocives pour l’environnement avec de fortes émissions de CO2.
– Les énergies fossiles sont limitées sur Terre et non renouvelables. Leur exploitation est liée au stock de ressources (épuisables) dans le monde.
– L’exploitation des centrales thermiques renforce la dépendance énergétique du pays. La France est obligée d’importer l’essentiel des énergies fossiles utilisées.

Centrales thermiques, centrales hydrauliques, centrales éoliennes : quelles différences ?

La centrale thermique n’est pas la seule sorte de centrale électrique existant en France. Trois autres grands types de centrale électrique existent également :

  1. la centrale hydraulique ;
  2. la centrale éolienne ;
  3. la centrale photovoltaïque (à ne pas confondre avec la centrale solaire thermique).

Ces différentes centrales électriques partagent le même principe de fonctionnement qu’une centrale thermique : une énergie primaire va créer une énergie thermique (vapeur d’eau) ou mécanique (force de l’eau, force de l’air) pour actionner une turbine entraînant un alternateur à sa suite. Ce dernier va transformer l’énergie mécanique en énergie électrique (courant alternatif).

Le point principal de différence entre ces types de centrale électrique est la nature de l’énergie primaire utilisée :

  • la force de l’eau (chute, courant…) pour la centrale hydraulique ;
  • la force de l’air pour la centrale éolienne ;
  • le rayonnement solaire pour la centrale solaire (à ne pas confondre avec la chaleur du soleil).

Quel avenir pour les centrales thermiques en France avec la transition énergétique ?

L’orientation de la France vers le développement des énergies renouvelables dans la production d’électricité sonne-t-elle le glas des centrales thermiques ? La réduction de la production des centrales thermiques à flamme (charbon et fioul en priorité) s’est accompagnée d’une nouvelle orientation pour les centrales thermiques : vers une production d’électricité plus décarbonée. Ce repositionnement des producteurs d’électricité a permis de créer de nouvelles centrales thermiques moins polluantes :

  • la centrale avec Turbine à combustion (TAC) à cycle combiné qui combine une turbine à combustion et une turbine vapeur pour produire de l’électricité. Son rendement énergétique est supérieur à une centrale thermique à gaz classique (65 % contre 38 %) ;
  • la centrale à charbon à Lit fluidisé circulant (LFC) moins polluante qu’une centrale thermique à charbon classique : pour une production d’électricité équivalente, la centrale thermique émet moins de gaz à effet de serre (oxyde de soufre et dioxyde de carbone).

Peut-on choisir une électricité plus propre, plus verte ?

À l’image du parc de centrales thermiques en France et de ses solutions moins polluantes pour l’environnement, peut-on réduire à notre échelle notre empreinte carbone au quotidien ?

Notre consommation d’énergie peut être maîtrisée et orientée vers de nouveaux comportements responsables. Ainsi, savez-vous qu’il vous est facile de changer de fournisseur d’énergie pour un fournisseur d’énergie verte ? L’électricité verte, issue de sources d’énergies renouvelables, a le vent en poupe en France. Les avantages sont nombreux pour vous : en plus de participer à la transition énergétique, vous pouvez bénéficier d’une offre d’électricité moins chère que votre offre d’électricité actuelle.

Comment ? En faisant appel à un comparateur comme celui de Choisir.com ou en contactant un de nos conseillers à même de vous présenter les meilleures offres d’électricité verte adaptées à votre profil de consommation.

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