vignette|Thomas Edison, inventeur et homme d'affaires américain, il était en faveur du développement d'un réseau électrique en courant continu. vignette|George Westinghouse, ingénieur et homme d'affaires américain, il a contribué en apportant son soutien financier au développement d'un réseau électrique en courant alternatif fonctionnel. vignette|Nikola Tesla, inventeur, physicien et ingénieur en électro-mécanique, il a été l'artisan du développement des réseaux en courant alternatif.
La guerre des courants (parfois appelée bataille des courants) est une controverse technique et industrielle qui s'est déroulée aux États-Unis, à la fin des . Elle est centrée sur l'opposition entre Thomas Edison, partisan de l'utilisation du courant continu (en anglais DC, pour ) pour le transport et la distribution d'électricité, et George Westinghouse et Nikola Tesla, promoteurs de l'utilisation du courant alternatif (en anglais AC, pour ).
Contexte Dans les premières années après l'introduction de la distribution d'électricité aux États-Unis, le courant continu d'Edison était la norme Tom McNichol, (2006). . San Francisco, CA.: Jossey-Bass. et Edison ne voulait pas perdre les redevances de ses brevets. Le courant continu était bien adapté aux lampes à incandescence, qui constituaient l'essentiel de la consommation électrique de l'époque, et aux moteurs. Les systèmes à courant continu pouvaient être directement reliés à des batteries d'accumulateurs, ce qui régulait la puissance demandée au circuit et fournissait une réserve d'énergie lorsque les génératrices étaient arrêtées. Les génératrices à courant continu pouvaient facilement être branchées en parallèle, ce qui permettait une exploitation économique en utilisant de plus petites machines durant les périodes de faible demande et améliorait la fiabilité. À l'introduction du système d'Edison, il n'existait pas de moteur à courant alternatif d'usage commode. Edison avait inventé un compteur permettant de facturer les clients pour leur consommation électrique, mais celui-ci ne fonctionnait qu'en courant continu. Tous ces éléments constituaient, en 1882, des avantages techniques en faveur du courant continu.
En se fondant sur ses travaux sur les champs magnétiques rotatifs, Tesla développa un système pour la production, le transport et l'utilisation du courant alternatif. Il s'associa à George Westinghouse pour le commercialiser. Westinghouse avait préalablement acheté les droits sur les brevets du système polyphasé de Tesla, ainsi que sur d'autres brevets pour des transformateurs de courant alternatif auprès de Lucien Gaulard et John Dixon Gibbs.
De nombreuses dissensions sous-tendent cette rivalité. Edison était avant tout un expérimentateur, plus qu'un mathématicien. Le courant alternatif ne peut pas être correctement compris ni mis à profit sans une bonne compréhension des mathématiques et de la modélisation mathématique de la physique, compréhension dont disposait Tesla.
Tesla avait travaillé pour Edison mais se sentait sous-estimé (par exemple, lorsque Edison entendit parler pour la première fois de l'idée de Tesla d'utiliser le courant alternatif pour le transport de l'énergie, il la rejeta : , , .). Cette animosité s'est exacerbée lorsque Edison refusa à Tesla la récompense qu'il lui avait promise pour son travail : Tesla s'était vu promettre s'il parvenait à améliorer l'efficacité de la médiocre dynamo élaborée par Edison. Tesla améliora effectivement cette dynamo, au terme de presque un an de travail, mais Edison ne lui versa aucunement la somme promise. Edison poussa l'audace jusqu'à prétendre que sa promesse était une blague et dit à Tesla qu'il ne comprenait pas l'humour américain par Margaret Cheney (Simon et Schuster, 2001 ), ...
Edison regretta plus tard de ne pas avoir écouté Tesla et de ne pas avoir utilisé le courant alternatif Margaret Cheney, , (1999). , ..
La guerre des courants pouvait être relancée : la hausse de la tension continue étant facilement possible, les changements des modes de production d'énergie et les évolutions de la consommation relançant la question du choix de l'alternatif. , les productions se décentralisent limitant ainsi le transport, source de pertes ; .
Transport de l'énergie électrique Les systèmes en concurrence Le mode de distribution à courant continu d'Edison comprenait des centrales électriques qui alimentaient d'épais câbles de distribution et les appareils des clients (les lampes et les moteurs) se branchaient alors dessus. Le système au complet n'utilisait qu'une seule tension ; par exemple, des lampes de installées chez le consommateur étaient reliées à une génératrice produisant du , ce qui autorisait une certaine chute de tension dans les lignes de transport entre la génératrice et l'appareil. La tension électrique a été choisie par commodité pour la fabrication des ampoules. Les ampoules à filament de carbone pouvaient être fabriquées pour supporter , elles produisaient ainsi un éclairage comparable à celui du gaz, à un prix compétitif. À l'époque, une tension de n'était pas perçue comme présentant un grand risque d'électrocution.
Pour économiser sur le coût des conducteurs en cuivre, un mode de distribution à trois câbles a été introduit. Les trois lignes étaient à des potentiels relatifs de , et . Les lampes à pouvaient être branchées entre, d'un côté, l'un des conducteurs à ou à , et, de l'autre, le conducteur « neutre » à , qui ne transportait que l'intensité résultant de l'inégalité d'utilisation entre la ligne + et la ligne -. Le système à trois lignes ainsi créé nécessitait moins de fil de cuivre pour une quantité donnée d'énergie électrique transmise, tout en utilisant des tensions relativement basses. Cependant, même avec cette innovation, la chute de tension causée par la résistance des câbles était si importante que les centrales électriques devaient se trouver à un ou deux kilomètres des points d'utilisation. Des tensions plus élevées ne pouvaient pas être utilisées facilement en courant continu, parce qu'il n'existait pas de technologie efficace et bon marché qui permette de réduire la tension du courant d'un circuit de transport à haute tension vers une basse tension d'utilisation.
Dans le courant alternatif, un transformateur prend place entre le réseau de distribution à relativement haute tension et les appareils de l'utilisateur. Les lampes et les petits moteurs peuvent toujours être alimentés sous une tension raisonnablement faible. Cependant, le transformateur permet de transporter l'électricité à des tensions nettement plus élevées, en général dix fois plus élevées que celle fournie à l'utilisateur. Pour , le diamètre du câble est inversement proportionnel à la tension utilisée. De plus, . Cela signifiait en pratique qu'un plus petit nombre de grosses centrales électriques pouvaient desservir un secteur donné. Les gros consommateurs, tels que les moteurs industriels ou les convertisseurs alimentant les réseaux de chemin de fer, pouvaient se raccorder au même réseau de distribution que l'éclairage, au moyen de transformateurs fournissant la tension secondaire appropriée.
Premières analyses du transport de l'énergie électrique
Edison, en réaction aux limitations imposées par le courant continu, proposa de produire l'électricité près du lieu où elle était utilisée, ce qu'on appelle de nos jours la production décentralisée, et d'installer de fortes lignes de transport, capables de supporter la demande croissante en électricité. Cette approche se révéla coûteuse, en particulier pour les régions rurales où on n'avait pas les moyens de construire une centrale localement ni de payer des longueurs importantes de fil de cuivre de forte section, malcommodeentre autres, parce que la conversion d'une tension à l'autre était inefficace. et ingérable. Edison et sa compagnie, toutefois, auraient tiré un important profit de la construction des innombrables centrales qui auraient été nécessaires pour amener l'électricité à l'ensemble de la population.
vignette|New York durant le blizzard de 1888 ; on voit l'enchevêtrement de fils suspendus au-dessus des rues.
À l'époque, la tension continue ne pouvant être facilement modifiée, des lignes électriques séparées devaient être installées pour alimenter des appareils de tensions différentes. Il fallait donc tirer et entretenir plus de fils, ce qui était coûteux et inutilement dangereux. Durant le grand blizzard de 1888, à New-York, de nombreux décès ont été attribués à la chute de câbles aériensCertaines compagnies avaient choisi d'enterrer leurs lignes électriques à New-York par sécurité, mais de nombreuses lignes étaient encore aériennes...
Le courant alternatif pouvait être transporté sur de grandes distances à haute tension, et donc à plus faible intensité, limitant les pertes et permettant une plus grande efficacité dans la transmission, puis ramené à des tensions commodes pour l'utilisation domestique ou industrielle. Lorsque Tesla présenta son système de génératrices, de transformateurs, de moteurs, de câbles et de luminaires utilisant le courant alternatif, en novembre et , il devint clair que le courant alternatif représentait l'avenir du transport de l'électricité. La distribution en courant continu a perduré dans plusieurs centres-villes pendant plusieurs décennies, cependant.
Le courant alternatif de basse fréquence () est potentiellement plus dangereux que le courant continu de puissance comparable, puisque les fluctuations alternatives peuvent perturber le rythme cardiaque et provoquer la fibrillation ventriculaire, mortelle si elle n'est pas immédiatement traitéeWiggers, C. J. 1940.. Cependant, étant donné qu’un système de distribution électrique doit, pour être fonctionnel, utiliser des niveaux de tensions élevés, qui peuvent donc provoquer des électrocutions, le problème reste le même qu'il s’agisse de courant continu ou de courant alternatif. Dès lors, les précautions contre les électrocutions étant semblables pour les deux types de courant, les avantages du courant alternatif ont largement contrebalancé ce risque théoriquement supérieur d’électrocution ; il est dès lors devenu le standard dans le monde entier.
vignette|Brevet US 390721 de Tesla pour une machine dynamo-électrique.
Pertes en ligne L'avantage du courant alternatif pour le transport de l'énergie sur une grande distance vient de la facilité d'en modifier la tension au moyen d'un transformateur. La puissance utilisable est le produit de l'intensité de courant par la tension aux bornes de l'appareil. À puissance égale, une faible tension impose une intensité plus grande et une haute tension nécessite une intensité plus faible. Les fils électriques en métal ayant à toute fin pratique une résistance électrique fixée, une certaine puissance va être dissipée sous forme de chaleur dans les lignes. Cette dissipation est calculée par la loi de Joule et est proportionnelle au carré de l'intensité. Dès lors, si la puissance transmise est inchangée, et étant donné les tailles des conducteurs utilisables en pratique, une distribution à haute intensité sous faible tension va entraîner une bien plus grande perte qu'une distribution à faible intensité sous haute tension. Cela aussi bien en courant alternatif qu'en courant continu.