électrique, génie

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Présentation

électrique, génie, domaine de l’ingénierie qui concerne les applications pratiques de l’électricité et les mouvements des particules chargées électriquement.

Le génie électrique concerne la conception, l’élaboration et la fabrication de systèmes et de dispositifs utilisant l’énergie électrique et les signaux électriques. Ce secteur englobe donc les conversions d’électricité, les applications de l’électromagnétisme, de l’électronique, les systèmes de traitement de l’information et les télécommunications. Parmi les branches les plus importantes, on peut citer la production et le transport de l’énergie électrique, la construction de machines électrotechniques, la conception des circuits électroniques, des systèmes de commande, des ordinateurs et des systèmes informatiques, les supraconducteurs, l’électronique des semi-conducteurs, les systèmes d’imagerie médicale, la robotique, les lasers, les radars, les appareils électroniques et les fibres optiques. En dépit de sa diversité, le génie électrique peut se subdiviser en quatre domaines principaux : l’énergie électrique et les machines électriques, l’électronique, les communications et le contrôle, les systèmes informatiques.

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Historique

De nombreux phénomènes électriques sont connus depuis le XVII^e siècle, mais il fallut attendre le XIX^e siècle pour assister à la naissance d’une discipline à part entière et à la formulation mathématique des règles de base pour l’électricité, ainsi qu’à l’invention des premières applications, parmi lesquelles le téléphone, ou encore la lampe à incandescence.

Durant le XX^e siècle apparut la distinction entre le génie électrique à haute puissance et le génie électrique à basse puissance. Le premier se rapporte aux opérations de production et de distribution de l’électricité, c’est-à-dire à la conception des centrales électriques utilisant n’importe quel type de source d’énergie, au transport de l’électricité et, enfin, à la transformation de l’électricité à haute tension en électricité à basse tension, pour son utilisation finale auprès des entreprises et des particuliers. Le génie électrique à haute puissance intervient donc directement ou indirectement dans la quasi-totalité des activités humaines.

Le génie électrique à basse puissance connut un essor considérable au XIX^e siècle, avec l’invention du téléphone dans les années 1870, puis de la radio, qui utilise les ondes électromagnétiques. Le XX^e siècle vit l’invention du tube à vide, puis celle des premiers semi-conducteurs, qui supplantèrent rapidement le tube à vide dans les transmissions et réceptions radio, et plus tard dans l’amplification audio et les signaux vidéo pour la télévision. Les semi-conducteurs peuvent être employés dans les radars, les sonars et les communications longue distance via les satellites. L’informatique est un domaine d’application privilégié pour les semi-conducteurs, ces derniers ayant permis la miniaturisation nécessaire à la construction de micro-ordinateurs. Le premier semi-conducteur, le transistor, fut mis au point en 1948 ; la miniaturisation qui s’ensuivit conduisit à l’invention des circuits intégrés.

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Énergie et machines électriques

Le domaine de l’énergie électrique comprend la conception et l’exploitation de systèmes de production, de transport et de distribution. Le génie électrique a connu diverses avancées majeures en ce domaine depuis la fin des années 1970.

On peut citer le développement des lignes à haute tension, dont l’utilisation réduit les pertes en énergie et les coûts de transport. Un autre développement important est le contrôle en temps réel de la production de courant électrique, de la transmission et de la distribution, grâce à des systèmes informatiques sophistiqués permettant une analyse immédiate et rapide des données émises à partir du réseau, et optimisant de ce fait l’exploitation des centrales, la distribution et le rendement du réseau au cours de son fonctionnement.

Dans le génie électrotechnique des machines, une avancée importante survint avec l’introduction de commandes électroniques permettant aux moteurs CA (à courant alternatif) de tourner à vitesse variable en modifiant la fréquence de leur courant d’alimentation. Des moteurs CC (à courant continu) ont été également réglés de cette façon pour en optimiser le rendement. Voir Moteurs électriques et générateurs.

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Électronique

Le génie électronique concerne la recherche, l’intégration et la technologie de circuits et de dispositifs utilisés pour la commande et le contrôle d’appareillages, le traitement et la transmission de l’information. Aujourd’hui, l’information est générée, transmise, reçue et enregistrée électroniquement à une échelle inégalée jusqu’alors, et tous les indices concourent à indiquer que le taux de croissance de ce domaine n’est pas près de fléchir.

Les ingénieurs électroniciens conçoivent des circuits destinés à réaliser des tâches spécifiques, la commande et l’amplification de signaux électroniques, la détection d’événements spécifiques, les systèmes binaires, la modulation et la démodulation de signaux radio ou analogiques, etc. Des circuits sont également utilisés pour générer des formes d’onde servant à la synchronisation et au chronométrage, pour la télévision par exemple, et pour corriger des erreurs dans l’information véhiculée sous forme numérique, comme dans les télécommunications.

Avant les années 1960, les circuits étaient formés de dispositifs électroniques distincts (résistances, condensateurs, selfs et lampes) assemblés sur un châssis et connectés par des fils, le tout formant un appareillage volumineux. La révolution électronique des années 1970 et 1980 a permis l’intégration de dispositifs électroniques sur de minuscules puces de silicium servant de support à différents matériaux semi-conducteurs.

La tâche complexe de fabrication de ces puces met en œuvre les technologies de pointe : informatique, photolithographie par faisceau électronique, micromanipulations, diffusion par faisceau ionique et environnements ultrapropres. L’essentiel de la recherche en électronique vise à mettre au point des puces de plus en plus petites, une commutation plus rapide dans les composants et à concevoir des circuits à intégration tridimensionnelle.

Voir aussi Électronique.