Ingénierie de l’énergie

L’électricité est devenue un sujet d’intérêt scientifique à la fin du 17ème siècle. Au cours des deux siècles suivants, un certain nombre de découvertes importantes ont été faites, notamment l’ampoule à incandescence et la pile voltaïque. La plus grande découverte concernant l’ingénierie de l’énergie est probablement venue de Michael Faraday qui, en 1831, a découvert qu’un changement de flux magnétique induit une force électromotrice dans une boucle de fil – un principe connu sous le nom d’induction électromagnétique qui aide à expliquer le fonctionnement des générateurs et des transformateurs.

En 1881, deux électriciens ont construit la première centrale électrique du monde à Godalming en Angleterre. La centrale utilisait deux roues à eau pour produire un courant alternatif qui servait à alimenter sept lampes à arc Siemens à 250 volts et trente-quatre lampes à incandescence à 40 volts. Cependant, l’alimentation était intermittente et en 1882, Thomas Edison et sa société, The Edison Electric Light Company, ont mis au point la première centrale électrique à vapeur sur Pearl Street à New York. La station de Pearl Street était composée de plusieurs générateurs et alimentait initialement environ 3 000 lampes pour 59 clients. La centrale utilisait du courant continu et fonctionnait à une seule tension. Comme le courant continu ne pouvait pas être facilement transformé aux tensions plus élevées nécessaires pour minimiser la perte de puissance pendant la transmission, la distance possible entre les générateurs et la charge était limitée à environ un demi-mile (800 m).

La même année, à Londres, Lucien Gaulard et John Dixon Gibbs ont fait la démonstration du premier transformateur adapté à une utilisation dans un système électrique réel. La valeur pratique du transformateur de Gaulard et Gibbs a été démontrée en 1884 à Turin où le transformateur a été utilisé pour éclairer quarante kilomètres (25 miles) de chemin de fer à partir d’un seul générateur de courant alternatif. Malgré le succès du système, le couple a commis quelques erreurs fondamentales. La plus grave était peut-être de connecter les primaires des transformateurs en série, de sorte que l’allumage ou l’extinction d’une lampe affectait les autres lampes situées plus loin sur la ligne. Après la démonstration, George Westinghouse, un entrepreneur américain, a importé un certain nombre de transformateurs ainsi qu’un générateur Siemens et a demandé à ses ingénieurs de les expérimenter dans l’espoir de les améliorer pour les utiliser dans un système électrique commercial.

L’un des ingénieurs de Westinghouse, William Stanley, a reconnu le problème de la connexion des transformateurs en série plutôt qu’en parallèle et a également réalisé que faire du noyau de fer d’un transformateur une boucle entièrement fermée améliorerait la régulation de la tension de l’enroulement secondaire. Grâce à ces connaissances, il a construit le premier système pratique d’alimentation en courant alternatif basé sur un transformateur à Great Barrington, dans le Massachusetts, en 1886. En 1885, le physicien et ingénieur électricien italien Galileo Ferraris a fait la démonstration d’un moteur à induction et en 1887 et 1888, l’ingénieur serbo-américain Nikola Tesla a déposé une série de brevets liés aux systèmes d’alimentation, dont un pour un moteur à induction biphasé pratique dont Westinghouse a obtenu la licence pour son système à courant alternatif.

En 1890, l’industrie de l’énergie avait prospéré et les compagnies d’électricité avaient construit des milliers de systèmes d’alimentation (à la fois en courant continu et en courant alternatif) aux États-Unis et en Europe – ces réseaux étaient effectivement dédiés à la fourniture d’éclairage électrique. À cette époque, une rivalité féroce aux États-Unis, connue sous le nom de « guerre des courants », oppose Edison et Westinghouse sur la question de savoir quelle forme de transmission (courant continu ou alternatif) est supérieure. En 1891, Westinghouse a installé le premier grand système électrique conçu pour entraîner un moteur électrique et pas seulement pour fournir un éclairage électrique. L’installation alimentait un moteur synchrone de 100 chevaux (75 kW) à Telluride, dans le Colorado, le moteur étant démarré par un moteur à induction Tesla. De l’autre côté de l’Atlantique, Oskar von Miller construit une ligne de transmission triphasée de 20 kV sur 176 km entre Lauffen am Neckar et Francfort-sur-le-Main pour l’exposition d’électrotechnique de Francfort. En 1895, après un long processus de décision, la centrale Adams No. 1 à Niagara Falls a commencé à transmettre du courant alternatif triphasé à Buffalo à 11 kV. Après l’achèvement du projet des chutes du Niagara, les nouveaux réseaux électriques ont de plus en plus choisi le courant alternatif par opposition au courant continu pour la transmission électrique.