Le choix du courant alternatif plutôt que du courant continu pour l'électricité domestique est un résultat global basé sur l'efficacité du transport d'électricité, la compatibilité des équipements et l'évolution technologique historique. La logique fondamentale repose sur la question de savoir comment transporter l'électricité des centrales électriques isolées vers des milliers de foyers à faible coût et avec de faibles pertes.

1. Le principal avantage du courant alternatif est la mise en œuvre efficace de la transmission d’énergie sur de longues distances.

Il existe un écart géographique naturel entre la production et la consommation d'électricité. Les grandes centrales électriques (comme les centrales hydroélectriques et thermiques) sont souvent construites dans des zones riches en ressources ou éloignées des villes, et doivent transporter l'électricité sur des centaines, voire des milliers de kilomètres jusqu'aux zones résidentielles. Lors de ce processus, lorsque le courant traverse la ligne de transmission, des pertes thermiques se produisent en raison de la résistance des fils (selon la loi de Joule : les pertes sont proportionnelles au carré du courant). Si les pertes ne sont pas maîtrisées, une grande quantité d'électricité sera gaspillée pendant le transport, ce qui entraînera une flambée des coûts d'approvisionnement.

La valeur clé du courant alternatif réside dans sa capacité à réaliser facilement une « montée et une descente de tension » grâce à des transformateurs (dispositifs à structure simple, à faible coût et sans pièces mobiles) :

• Suralimentation de la centrale électrique : La tension alternative générée par la centrale est d'environ 12 000 V, puis est d'abord amplifiée à 115 kV, 230 kV, voire 765 kV grâce à un transformateur élévateur. Selon la formule de puissance, à puissance totale constante, une augmentation de la tension réduit considérablement le courant, réduisant ainsi les pertes thermiques de la ligne de transport (par exemple, si la tension est multipliée par 10 et le courant réduit de 1/10, les pertes ne sont que de 1/100 de la valeur initiale), et les pertes de transport finales peuvent être maîtrisées à 5 % près.

• Réduction de la tension avant d’entrer dans le logement : Après l'arrivée de l'électricité dans la ville, elle est d'abord réduite à environ 12 kV par le transformateur de réduction de tension de la sous-station, qui est utilisé pour la distribution locale dans la ville ; enfin, la tension est encore réduite aux normes domestiques de sécurité (comme 120 V en Amérique du Nord et 230 V en Chine/Europe) grâce à de petits transformateurs situés dans les zones résidentielles ou dans les rues, afin d'éviter le danger de la haute tension pour la santé humaine et les appareils électroménagers.

D'autre partLe courant continu, en raison de sa tension et de son sens de courant constants, ne peut pas générer de champ magnétique variable. Or, le principe de fonctionnement des transformateurs repose sur des champs magnétiques variables induisant une tension. Par conséquent, le courant continu ne peut pas assurer les variations de tension par les transformateurs conventionnels. Si le transport du courant continu est utilisé de manière forcée, il ne peut être transmis qu'à basse tension et à courant élevé, ce qui entraîne des pertes de ligne extrêmement élevées (par exemple, la perte d'une ligne continue de 100 kilomètres peut dépasser 50 %), obligeant à construire des centrales électriques à proximité des utilisateurs (généralement à moins de 1,6 km), ce qui ne permet pas de répondre aux besoins énergétiques importants des villes.

2. Compatibilité naturelle entre le courant alternatif et les appareils électroménagers.

Au quotidien, les appareils électroménagers (des plus gros aux plus petits) fonctionnent principalement sur courant alternatif ou sont plus adaptés à une alimentation en courant alternatif. Cette compatibilité découle des caractéristiques et des avantages du courant alternatif en termes de coût de fabrication :

• Convient aux types de moteurs courants : Réfrigérateurs, lave-linge, climatiseurs, hottes de cuisine et autres gros appareils électroménagers, avec des moteurs à induction CA comme composant de puissance principal. Ce type de moteur présente une structure simple (sans composants vulnérables tels que les commutateurs), un faible taux de défaillance, un coût maîtrisable et peut exploiter directement les caractéristiques alternatives du CA pour démarrer automatiquement sans composants de commande électroniques supplémentaires. Les moteurs à courant continu (comme les premiers moteurs à courant continu à balais) nécessitent des commutateurs mécaniques pour inverser le sens du courant, ce qui est sujet à l'usure et a une durée de vie courte. Même les moteurs à courant continu sans balais modernes nécessitent des contrôleurs complexes pour fonctionner et ont toujours été fabriqués à des coûts bien plus élevés que les moteurs à courant alternatif.

• Compatible avec les équipements de chauffage et d’éclairage : Les équipements de chauffage par résistance tels que les fours électriques, les chauffe-eau et les radiateurs électriques, bien que théoriquement compatibles avec les courants alternatifs et continus (le courant traversant les résistances génère de la chaleur), le courant alternatif étant une norme unifiée pour le réseau électrique, ne nécessitent pas de convertisseurs alternatifs à continu supplémentaires, ce qui peut réduire considérablement les coûts de production et les taux de défaillance. Les premières lampes à incandescence, puis les lampes fluorescentes, peuvent également être directement connectées au réseau électrique alternatif pour fonctionner. Bien que les éclairages LED modernes soient essentiellement alimentés en courant continu, il suffit d'intégrer un petit redresseur interne (à très faible coût) pour s'adapter au courant alternatif domestique sans modifier l'architecture du réseau électrique.

3. La « guerre du courant électrique » a établi la position dominante du courant alternatif à la fin du XIXe siècle, déterminant directement que le courant alternatif est devenu la norme mondiale pour l’électricité domestique.

Derrière cela se trouvait une compétition pratique de deux voies technologiques :

• Limitations de la solution CC d’Edison : L'inventeur Edison a été le premier à promouvoir les systèmes d'alimentation en courant continu et à construire les premières centrales électriques à courant continu à New York. Cependant, comme mentionné précédemment, le courant continu ne peut être transmis sur de longues distances et sa portée d'alimentation est limitée à moins d'un mile autour de la centrale. Pour éviter les pertes, des câbles épais sont nécessaires (ce qui est coûteux) et ne permet pas de répondre aux besoins de l'expansion urbaine.

• La solution révolutionnaire de Tesla en matière de climatisation : Le physicien Tesla a inventé un système à courant alternatif multiphasé et un moteur à induction à courant alternatif, résolvant ainsi les problèmes fondamentaux de la transmission et de l'application du courant alternatif. L'entrepreneur Westinghouse Electric a adopté ce plan et a utilisé avec succès le courant alternatif pour alimenter l'Exposition universelle de Chicago de 1893 (allumant des dizaines de milliers de lumières), puis a construit le système de transmission à courant alternatif pour la centrale hydroélectrique de Niagara (alimentant Buffalo, à 35 kilomètres). Ces cas démontrent l'évolutivité du courant alternatif, surpassant complètement la solution à courant continu et établissant la position du courant alternatif dans l'alimentation électrique domestique mondiale.

4. La limite d’application du courant continu moderne : toujours dépendre du réseau électrique alternatif.

De nos jours, le courant continu est largement utilisé dans la production d'énergie solaire, le stockage d'énergie par batterie et les appareils électroniques, mais il n'a pas remplacé la position centrale du courant alternatif dans l'usage domestique.

• Conversion du courant continu en courant alternatif des énergies renouvelables : Les panneaux solaires génèrent directement du courant continu, et les batteries de stockage d'énergie domestiques stockent également du courant continu, mais cette électricité doit être convertie en courant alternatif via des « onduleurs » avant de pouvoir être connectée au réseau électrique domestique pour alimenter les appareils électroménagers – en s'appuyant essentiellement toujours sur la norme unifiée du courant alternatif.

• Supplément au courant continu haute tension (CCHT) : Les transmissions modernes à très longue distance (comme les réseaux électriques transfrontaliers, les parcs éoliens offshore vers la terre ferme) utilisent le courant continu haute tension (avec des pertes inférieures à celles du courant alternatif), mais une fois que l'électricité atteint le réseau de distribution urbain, elle doit encore être convertie en courant alternatif avant de pouvoir être utilisée dans les ménages.

En bref, l’application moderne du courant continu est un complément au réseau électrique alternatif, plutôt qu’un remplacement – ​​les besoins essentiels de l’électricité domestique (longue distance, faible coût, compatible avec plusieurs appareils) sont toujours parfaitement satisfaits par le courant alternatif.