Courant alternatif ou courant continu : Courant alternatif ou courant continu - Qu'est-ce qui est le mieux ?

Le courant (charge électrique) ne circule que dans un seul sens dans le cas où CC (courant continu). Mais dans CA (courant alternatif) La charge électrique change périodiquement de sens. Non seulement le courant, mais aussi la tension s'inversent en raison de la variation du sens du courant.

Le débat entre le courant alternatif et le courant continu incarne ce qu’on appelle aujourd’hui la « guerre des courants », qui a opposé les deux géants de l’électricité à la fin des années 1890. Thomas Edison, le défenseur du courant continu, se sentait tellement menacé par l’invention de Tesla que, pour discréditer le courant alternatif, il n’hésita pas à induire les Américains en erreur. Craignant de perdre ses redevances au profit de cette nouvelle technologie, Edison alla jusqu’à électrocuter un éléphant pour démontrer les dangers mortels du courant alternatif.

Cela n’a toutefois pas empêché Tesla de réaliser son rêve : alimenter les États-Unis en énergie bon marché et hautement efficace. Aujourd’hui encore, on voit de longs et épais câbles tendus entre des pylônes électriques vertigineux, tels les cordes d’une guitare. Le courant alternatif (CA) a pris le pouvoir et a régné pendant un siècle, dominant les foyers, les bureaux et les bâtiments, jusqu’à aujourd’hui, où le courant continu (CC) semble faire progressivement son retour. Pourquoi le courant alternatif a-t-il si bien réussi ? Et pourquoi le courant continu pourrait-il faire son retour ? Reformulons ces questions.

Pourquoi le courant alternatif est-il meilleur que le courant continu ?

Le courant alternatif est un type de courant dans lequel les électrons changent périodiquement de direction, allant et venant. Il repose sur les principes élaborés par Michael Faraday en 1832, lorsqu’il a présenté son générateur électrique à dynamo. Malgré sa grande popularité, le courant continu présentait un inconvénient majeur : il était très difficile de le transporter sur de longues distances. Les câbles subissaient des pertes de puissance et devaient être régénérés à l’aide de circuits supplémentaires. De plus, l’augmentation ou la réduction des tensions en courant continu nécessitait également des circuits complexes.

Non seulement le courant alternatif pouvait être facilement transmis sur de longues distances, mais il pouvait également être converti de manière pratique en tensions plus élevées ou plus faibles à l’aide de transformateurs. Un transformateur est essentiellement un fil enroulé qui « augmente » ou « diminue » l’amplitude de la tension alternative. La capacité à transformer la tension de cette manière permettait de transporter l’énergie électrique de manière bien plus efficace, non seulement d’une ville à l’autre, mais aussi à l’échelle du pays tout entier. Le rêve de Tesla devenait peu à peu réalité.

La capacité à transporter l'électricité sur de longues distances constituait l'avantage le plus important du courant alternatif (CA) par rapport au courant continu (CC), ce qui a conduit les habitations et les bâtiments à abandonner le courant continu dès le XIXe siècle. En 1893, General Electric fut choisie pour alimenter l’Exposition universelle de Chicago en courant continu, ce qui aurait coûté la somme exorbitante de $554 000. Cependant, George Westinghouse intervint et promit d’alimenter l’exposition pour seulement $399 000 grâce au courant alternatif de Tesla. Trois ans plus tard, la Niagara Falls Power Company, séduite par les avantages du courant alternatif, accorda à Westinghouse le droit de produire de l’électricité à partir des chutes du Niagara et d’éclairer toute la ville de Buffalo, dans l’État de New York. Le courant alternatif balaya définitivement le courant continu. Puis, quelques décennies plus tard, le transistor fit son apparition.

Pourquoi le courant continu est-il meilleur que le courant alternatif ?

Contrairement au courant alternatif, le courant continu ne subit aucune commutation. Il n’y a pas de phases et le courant circule dans un seul sens avec une tension constante. Comme nous l’avons déjà mentionné, le courant continu a tendance à perdre de l’énergie sous forme de chaleur – une caractéristique qu’Edison a exploitée pour allumer la première ampoule. Malgré ses inconvénients, l’ère des semi-conducteurs a imposé le retour du courant continu. Ce dernier est principalement utilisé pour alimenter des appareils électroniques, notamment les plus petits d’entre eux qui ne peuvent fonctionner que selon deux états : allumé et éteint. Cela inclut les batteries, les LED, les transistors – les neurones de l’informatique – et tous les autres dispositifs à semi-conducteurs.

Le courant continu fait son grand retour en raison de la dépendance de notre société vis-à-vis des ordinateurs, des tablettes et des appareils portables connectés en permanence au « cloud ». Les « clouds » sont essentiellement des ordinateurs, officiellement appelés serveurs, installés dans des bâtiments distants pour stocker vos précieuses données. Aujourd’hui, des entreprises comme Facebook et Google consacrent des bâtiments entiers à l’hébergement de serveurs qui stockent les données d’un nombre d’utilisateurs en constante augmentation. Gérer le courant alternatif (CA) comme le courant continu (CC) sur de tels appareils est assez compliqué, car cela nécessite des circuits sophistiqués. Mais surtout, le courant alternatif subit une perte d’énergie, même si celle-ci ne dure qu’un temps infinitésimal, ce que les serveurs, en constante soif d’énergie, ne peuvent pas se permettre.

Les salles de serveurs sont généralement climatisées et destinées au fonctionnement continu des serveurs informatiques. (Source de l'image : Flickr)

De plus, tout ingénieur en électricité sait que les pertes accumulées lors du transport de courant alternatif peuvent dépasser celles du courant continu en raison de l’effet de peau et du couplage capacitif, phénomènes par lesquels, l’énergie circulant à la surface du fil, elle est absorbée par les objets situés en dessous. Le transport est ralenti par ces résistances, ce qui réduit d’autant son rendement. En effet, les pertes dispersées dans son voisinage constituent le principe sur lequel reposent les mécanismes de transfert d’énergie sans fil. Le courant alternatif rayonne une partie de son énergie, qui peut être facilement concentrée dans une zone donnée en enroulant le fil de manière appropriée.

Une autre raison – et celle-ci semble être la plus importante – pour laquelle le courant continu pourrait faire son retour est sa compatibilité avec les appareils électroniques respectueux de l’environnement. Comme toutes les cellules solaires reposent sur des substrats semi-conducteurs, elles génèrent toutes du courant continu ou fonctionnent avec ce type d’alimentation. Le courant continu pourrait bien devoir faire son retour dans l’intérêt des énergies renouvelables. Bien sûr, on pourrait également recourir au courant alternatif (CA), mais cela nécessiterait des conversions fastidieuses du courant continu en courant alternatif à l’aide d’un onduleur, puis de nouveau en courant continu, ce qui entraînerait une perte d’énergie sous forme de chaleur de l’ordre de 5-20%. En réalité, les centres de données s’étendant sur plusieurs acres utilisent bel et bien ces convertisseurs, mais non seulement ceux-ci consomment d’énormes quantités d’énergie, mais ils entraînent également un surcoût lié aux systèmes de refroidissement nécessaires pour évacuer la chaleur produite, ce qui aggrave encore leur situation financière.

Alors, qu'est-ce qui est mieux, le courant alternatif ou le courant continu ?

Bien que nous disposions désormais de la technologie permettant de transporter du courant continu sur de longues distances via les réseaux électriques, nous continuons à utiliser le courant alternatif. Le courant alternatif est porté à des tensions plus élevées pour surmonter la résistance, et lorsque l'électricité parvient à l'utilisateur, elle est abaissée en tension puis redressée pour alimenter, par exemple, un ordinateur. Cependant, ces technologies, à l'instar des technologies renouvelables, coûtent non seulement une fortune, mais leur efficacité peut également être remise en question. Certes, le courant continu offre des sorties stables, mais il permet d'atteindre un rendement supérieur après éliminer les pertes.

Même si les pertes sont peut-être inférieures à celles subies avec le courant alternatif, le facteur de transformation (élévation ou abaissement de tension) entre en jeu. La simplicité avec laquelle les tensions alternatives peuvent être modulées et acheminées reste inégalée, ce qui explique pourquoi le courant alternatif pourrait encore être privilégié. Ces deux sources d’énergie sont excellentes à leur manière ; déterminer laquelle l’emporte dépendra donc des critères pris en compte – le contexte. Le choix repose essentiellement sur l’application de l’énergie.

De nos jours, les deux fonctionnent de concert. Le courant alternatif circule au-dessus de nos têtes dans des câbles, à l’image des lignes d’un agenda vierge qui aboutissent chez vous. La tension alternative est ensuite convertie en courant continu à l’aide d’un redresseur, comme l'adaptateur fourni avec votre chargeur, pour alimenter des appareils ménagers, tels que des ampoules, des lampes et d'autres appareils. La « guerre des courants » n'est peut-être plus aussi spectaculaire qu'autrefois, mais elle persiste subtilement.

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