La production d’électricité par les centrales thermiques

Qu'est-ce qu'une centrale thermique ?

Une centrale thermique est une installation qui produit de l’électricité en utilisant la chaleur générée par la combustion de combustibles comme le charbon, le fioul, le gaz ou par des sources renouvelables (biomasse). La chaleur produite transforme de l’eau en vapeur, qui à son tour actionne une turbine reliée à un générateur électrique.

Cette technologie repose sur le principe de la thermodynamique et se distingue des centrales hydrauliques ou éoliennes qui utilisent respectivement l’eau ou le vent comme source d’énergie.

Fonctionnement d'une centrale thermique

Le fonctionnement d'une centrale thermique repose sur un cycle thermodynamique. D’abord, un combustible est brûlé dans une chaudière pour produire de la chaleur. Cette chaleur est utilisée pour transformer de l’eau en vapeur sous haute pression. La vapeur est ensuite dirigée vers une turbine, qui convertit l'énergie thermique en énergie mécanique. Enfin, cette énergie mécanique est transformée en électricité grâce à un générateur.

Les éléments clés d’une centrale thermique comprennent la chaudière, les turbines et le condenseur, qui permet de condenser à nouveau la vapeur en eau pour sa réutilisation.

En savoir plus.

Les différents types de centrales thermiques

Il existe plusieurs types de centrales thermiques, selon le type de combustible utilisé 

• fonctionnement des centrales au charbon : ces centrales utilisent la chaleur générée par la combustion du charbon afin d’en produire de l’électricité. Le charbon, extrait principalement des bassins miniers, provient d’importation européenne et mondiale. Les émanations de ce combustible sont fortement polluantes et dégagent des gaz à effet de serre (GES). Dans le cadre de la Loi Énergie Climat du 8 novembre 2019, le gouvernement avait acté l’arrêt des centrales à charbon d’ici fin 2022. Deux unités de production sont encore en activité en France en 2024. Cette source d’énergie représente 2 % de l'apport énergétique primaire de la France. Compte tenu des besoins énergétiques en métropole, la décision a été repoussée à 2026 au plus tard pour la première et 2027 pour la seconde pour éviter toute coupure de courant sur le réseau national.
• Centrales au fioul : avec un fonctionnement similaire à celui des des centrales à charbon, les centrales au fioul utilisent ce combustible liquide issu de la distillation du pétrole brut, qui brûle dans une chaudière à vapeur, entraînant une turbine afin d’en générer de l’électricité.Elles sont de moins en moins utilisées en conséquence de leur coût et leur impact environnemental. L’activité des centrales au fioul est dorénavant réservée aux pics de demande.

En savoir plus sur l’électricité au fioul.

• centrales au gaz naturel : le constituant principal des gisements de gaz naturel est le méthane. Parmi les centrales thermiques qui produisent de l’électricité, celles fonctionnant au gaz naturel affichent en moyenne le meilleur rendement énergétique et présentent des avantages environnementaux car sa combustion émet peu de dioxyde de soufre (SO2) et moins de dioxyde de carbone (CO2). En France, les importations de gaz naturel diminuent depuis 2023 grâce aux efforts de sobriété.
• centrales à biomasse : la Biomasse utilise des matières organiques d’origine végétale (déchets agricoles, résidus forestiers ou d’origine animale) pour générer de l’électricité, de la chaleur ou du biocarburant. C’est la première source d’énergie renouvelable de génération de chaleur (chauffage) en France. Ces centrales représentent un avenir responsable pour les besoins en énergie des populations locales. 

Focus sur soixante collectivités qui ont fait le choix de la Biomasse énergie.

Le chauffage chez les particuliers représente 60% de la consommation d’énergie des foyers français. Pour répondre au besoin d’une transition énergétique solidaire, le gouvernement a mis en place une prime à la conversion des chaudières à énergie fossile (fioul, gaz) pour une chaudière plus performante à énergie renouvelable.

Quels sont les avantages des centrales thermiques ?

Les centrales thermiques présentent plusieurs avantages :

• une production constante d’électricité : les centrales thermiques fonctionnent en continu et ne dépendent pas des conditions météorologiques. Elles peuvent donc fournir de l’électricité de manière ininterrompue, ce qui est un atout indéniable pour répondre à la demande énergétique d’un pays.
• une infrastructure existante : un grand nombre de centrales existent déjà et sont toujours en fonctionnement. La production de ces structures permet de répondre aux besoins d’un pays.
• une facilité de construction : comparées aux installations en énergie renouvelable, les centrales thermiques sont plus rapides et moins coûteuses à construire, ce qui réduit les dépenses nécessaires en investissement de structures et permet des économies d’échelle dans le prix de l’énergie.
• la flexibilité : certaines énergies fossiles, comme le gaz par exemple, ont la capacité de pouvoir monter en puissance et en production rapidement. Cet avantage évident permet une adaptation aux fluctuations de la demande énergétique.
• le stockage thermique d’énergie : les centrales thermiques ont la capacité de pouvoir stocker d’importantes quantités d'énergie. L’anticipation et la gestion du réseau électrique présentent une certaine souplesse. 

Y a-t-il des inconvénients aux centrales thermiques

Les centrales thermiques sont également associées à plusieurs inconvénients majeurs :

• impact environnemental : la production des centrales thermiques par la combustion d’énergie fossile a des conséquences sur la planète car elle génère des émissions de CO2 qui entraîne le réchauffement climatique et des changements écologiques majeurs. Elles relâchent également des polluants atmosphériques nuisibles à la santé humaine.
• dépendance aux ressources fossiles : les centrales utilisant des combustibles comme le charbon ou le fioul sont tributaires de ressources rares, qui sont des énergies non renouvelables, qui s'épuisent progressivement et sont dépendantes de l’importation des pays voisins et étrangers.
• rendement énergétique : l’efficacité des centrales thermiques est souvent inférieure à celles d'autres technologies de production d'électricité, comme l’énergie nucléaire ou certaines énergies renouvelables, par exemple. De plus, les prix peuvent fluctuer car ils sont assujettis au marché mondial et leur extraction peut également provoquer des tensions géopolitiques. En général, les centrales thermiques ont des rendements compris entre 30% et 50%.

Impact environnemental des centrales thermiques

Les centrales thermiques contribuent de manière significative aux émissions mondiales de gaz à effet de serre, en particulier celles fonctionnant au charbon et au fioul. Outre les émissions de CO2, ces centrales génèrent d'autres polluants, comme les oxydes de soufre et d'azote, responsables de l’acidification des sols et des eaux.

Cependant, des efforts sont déployés pour réduire l’impact environnemental de ces installations. 

Les technologies de capture et de stockage du carbone (CSC), ainsi que le développement des centrales à biomasse, sont des solutions envisagées pour diminuer les émissions.

Rendement énergétique des centrales thermiques

Le rendement énergétique d'une centrale thermique dépend du type de combustible utilisé et de la technologie mise en place. En général, les centrales au charbon ont un rendement inférieur (environ 30-40 %) par rapport aux centrales au gaz naturel, qui peuvent atteindre un rendement supérieur à 50 % grâce à des technologies comme les cycles combinés.

Les centrales thermiques restent un pilier de la production d'électricité, assurant une source d’énergie continue et fiable. Bien qu’elles aient un impact environnemental non négligeable, les innovations technologiques et l’intégration de combustibles plus durables offrent des solutions pour réduire leur empreinte carbone. Dans un contexte de transition énergétique, leur évolution vers des technologies plus propres est un enjeu essentiel pour l’avenir.