Qu’est-ce que la fréquence du réseau ?

Définition

En France, comme dans la plupart des autres pays européens, le courant alternatif distribué habituellement aux ménages a une fréquence de 50 hertz (Hz). Ce que l’on sait moins, c’est que cette fréquence donne également des informations sur la relation entre la production et la consommation d’électricité d’un réseau : si la fréquence est trop basse, cela signifie que le réseau manque de courant ; si par contre elle grimpe trop, c’est qu’il y a une quantité excessive de courant dans le réseau. Pour maintenir une fréquence de réseau stable de 50 Hz, il faut un mécanisme d’offre et de demande intelligent, par exemple un système d’énergie de réglage fonctionnel en cas de fréquences trop hautes ou trop basses.

50 hertz ou 60 hertz : les origines historiques de la fréquence du réseau

Aujourd’hui, dans la plupart des régions entièrement approvisionnées en courant alternatif, la fréquence nominale du réseau est fixée à 50 Hz ou à 60 Hz. Cette différence découle avant tout de raisons historiques, qui remontent aux débuts de l’électrification. À l’époque, aux États-Unis, c’est une fréquence de 60 Hz qui a été choisie, pour des raisons techniques et logistiques. La valeur de référence de 50 Hz en Europe proviendrait d’Emil Rathenau, le fondateur d’AEG, et de la fédération allemande de l’électrotechnique (Verband der Elektrotechnik - VDE). Originaire de Berlin, cette valeur nominale est progressivement devenue le standard. Dans les années 1940, les différences de fréquences étaient courantes, même au sein d’un même pays. Ce n’est que durant la deuxième moitié du XXe siècle que les fréquences du réseau ont été harmonisées. Aujourd’hui, la fréquence de réseau de 50 Hz prédomine dans le monde entier. Pour l'instant, une conversion totale ne serait pourtant pas rentable économiquement. On le constate avant tout au Japon, où les deux fréquences de réseau coexistent.

Que s’est-il passé du point de vue technique ?

Fonctionnement de base du courant alternatif

Comme son nom l’indique, le courant alternatif dispose d’une polarité qui alterne constamment. Pour cela, il lui faut deux pôles de charge différente, entre lesquels l'on crée une force de tension afin de mettre les électrons en mouvement, ce qui fait finalement circuler le courant. La tension électrique est donc la condition de base pour que l’électricité puisse circuler. Plus la différence entre les points chargés est importante, plus la tension électrique (qui est exprimée en volt, V) est forte. Une tension plus élevée implique également une plus grande puissance électrique. La formule est la suivante :

P (puissance instantanée) = U (tension électrique) · I (intensité électrique)

Dans un réseau très dense, qui fonctionne au courant alternatif, une fréquence unique et largement stable sur la durée est nécessaire. La fréquence indique le nombre de changements de polarité successifs entre deux points.

Utilité pratique de la fréquence du réseau : un signal temporel pour les radioréveils

Le réseau européen ne présente aujourd'hui plus que des écarts insignifiants par rapport à la valeur nominale de 50 hertz. Toutefois, dans les années 1980, il n’était pas rare que la fréquence du réseau des pays d’Europe de l’Est baisse d’un ou deux hertz les jours où la production électrique était moindre. Encore aujourd’hui, de légères variations de la fréquence du réseau ont des conséquences pratiques, car elle sert aussi de signal temporel pour les appareils électroniques simples comme les radioréveils : au début de l’année 2018, la baisse de la fréquence de tout le réseau européen a provoqué de nombreux retards dans les écoles et dans les bureaux, car la fréquence trop basse a retardé les radioréveils, qui ont sonné plus tard.

Calcul de la fréquence du réseau

La fréquence du réseau, mesurée en hertz, est calculée sur la base du nombre de changements de polarité par seconde, qui se traduisent en ondes de tension. Pour une fréquence de 50 Hz, il y a donc 50 ondes de tension par seconde, et la tension change de polarité à cent reprises en tout.

Puisqu’il est difficile de stocker de l’électricité dans le réseau, un équilibre entre la production et la consommation est nécessaire pour garantir l’approvisionnement en courant. Si la fréquence du réseau s’écarte de la fréquence nominale, il s’agit soit d’une sous-fréquence, soit d’une surfréquence. La fréquence du réseau est donc la valeur de référence de la puissance momentanée.

Les écarts par rapport au niveau de 50 Hz sont rares dans le réseau européen, ce qui signifie que ses exploitants interviennent de moins en moins souvent. Les capacités d’équilibrage sont cependant toujours disponibles, pour permettre de compenser d’éventuels déséquilibres. Le développement des énergies renouvelables entraîne des fluctuations plus importantes. Malgré cela, il n’y a pas de grosses ruptures de l’approvisionnement, en tout cas pas en France ni dans le reste de l’Europe occidentale ; ces phénomènes sont évalués statistiquement par l’indicateur SAIDI.

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