OBJECTIFS DE LA FORMATION Cours Energétique et environnement Comprendre le coût économique et...

OBJECTIFS DE LA FORMATION

Cours Energétique et environnementCours Energétique et environnement

Comprendre le coût économique et environnemental de chaque sorte d’énergie

Appréhender les différentes perspectives pour les énergies du futur

Email : [email protected]

Savoir évaluer des besoins énergétiques, calibrer des installations de production d’énergie, et prédire des rendements

Energétique = science traitant des divers aspects de l’énergie (grandeur caractéristique d’une transformation) = tout ce qui nous entoure

C.

Cornet

•I - Chapitre 1 : Introduction à l’énergétique

•I – Le contexte énergétique mondial

•II – Les perspectives énergétiques

•III – L’Energie

•Chapitre II : Les outils de l’énergétique

•I - Phénomènes de transport

•II – Transport d’énergie par le rayonnement : modèle du corps noir

•III – Rappels thermodynamiques

•Chapitre III – La production d’Energie

•I – L’Energie nucléaire

•II – Combustion et moteurs à combustion

•III – Energies renouvelables : solaire, éolien, etc …

•Chapitre IV – Transport et transferts d’énergie

•I – transfert de chaleur

•II – Transferts de matière

•III transport d’électricité : le courant triphasé

Plan du CoursPlan du Cours

C.

Cornet

I- Le contexte énergétique mondial

On mesure les consommations d’énergie à l’échelle mondiale en :tep = toe = tonne équivalent pétrole = quantité de combustible pétrole qui fournit la même quantité de chaleur par combustion1tep ≈ 11630 kW.h et 1 W.h = 3600 Joules Pour la physique nucléaire, 1eV = 1.6.10-19 J

1°/ Les chiffres

-Publication régulière des chiffres par les gouvernements, ou International Energy Agency, ou l’ADEME, etc … →préoccupation

- Besoins croissants (démographie)

2.5 milliards en 1950 → 6.5 milliards en 2005 → 8 à 9 milliards en 2050

Besoins croissants, mais ressources limitées.

Chapitre I – Introduction à l’énergétiqueChapitre I – Introduction à l’énergétique

(a) Consommation finale / Consommation primaire / Utilisation

Remarque : Utilisation finale de l’électricité en France : 25 % usage thermique, 75 % en usage spécifique

* 2 types d’utilisation finale de l’énergie au niveau mondial : 80 % énergie thermique (chauffage y compris électrique, transport (énergie mécanique en réalité), climatisation, eau chaude)

20 % électricité pour besoins spécifiques (appareils ménagers, éclairage, etc …)

Utilisation de l’énergie : propriété de l’énergie utilisée pour l’application voulue

(a) Consommation primaire et finale(a) Consommation primaire et finale

En Mtep En %

Charbon 6,3 3,91

Pétrole 73,2 45,41

Gaz 35,2 21,84

Electricité (y compris centrales thermiques) 36,1 22,39

Energies renouvelables thermiques (hors hydraulique, éolien et photovoltaïque) 10,5 6,45

Total énergie finale 161,2 100,00

consommation primaire en France par énergies en 2004

En Mtep En %

Charbon 13,1 4,8

Pétrole 92,8 33,6

Gaz 40,3 14,6

Electricité (y compris centrales thermiques) 117,3 42,5

Energies renouvelables thermiques (hors hydraulique, éolien et photovoltaïque)

12,7 4,6

Total 276,2 100,00

consommation finale en France par énergies en 2004

= énergie achetée par les clients

= consommation finale + pertes (transport + consommation des producteurs et des transformateurs d’énergie

→ permet de déterminer le taux d’indépendance énergétique

→ permet de déterminer les factures énergétiques par secteur d’activité

Fig. 1

Fig. 2

(a) Consommation primaire et finale(a) Consommation primaire et finale

* 3 secteurs différents pour la consommation totale d’énergie :

1/3 habitat domestique (4MWh/an/foyer en France en électricité, c’est-à-dire 500W de puissance électrique continue)

1/3 industrie + secteur tertiaire

1/3 transports

Importance de l’énergie sous forme thermique, rôle prépondérant des transports !!!!

(b) Les chiffres de la consommation finale

(b) Les chiffres de la consommation finale(b) Les chiffres de la consommation finale

•Industrie : de très gros progrès ont été déjà fait, la marge de progression est assez faible. •Habitat : en progrès sur les nouvelles constructions, mais beaucoup reste à faire pour isolation des bâtiments existants et consommation des personnes (cf. projet BedZED : Beddington Zero Energy Development Londres, Freiburg Allemagne)

Répartition moyenne de la consommation électrique d'un ménage (Hors chauffage et eau Chaude) Source EDF

Consommation habitat en France : 75 % chauffage/eau chaude25 % électricité

•Transport : on est actuellement dans le tout pétrole : attente d’une rupture technologique sans pétrole

Fig. 3

(b) Les chiffres de la consommation finale(b) Les chiffres de la consommation finale

http://www.edf.fr/

29 pays de l’OCDE + Russie : 5500 Mtep/an

Reste du monde : 4600 Mtep/an

15 % de la population mondiale consomme 55% des ressources !!!

(c) Les chiffres de la consommation primaireFig. 4

(c) Les chiffres de la consommation primaire(c) Les chiffres de la consommation primaire

Grande différence dans le choix (stratégique) des énergies primaires entre les différents pays

France : choix du nucléaire

UE et états-unis : choix du pétrole

Russie : choix du gaz naturel

Chine : choix du charbon Choix géopolitiques

dans le détail, la consommation primaire est en France : pertes 37 %, résidentiel + tertiaire 27 %, transports 20 %, Industrie 15 %, Agriculture 1%

Fig. 5

(c) Les chiffres de la consommation primaire(c) Les chiffres de la consommation primaire

(d) Géopolitique et consommation primaireChoix conditionné par : (i) énergie récupérable de la ressource (PCI), (ii) disponibilité de la ressource sur le territoire, (iii) prix économique de la ressource, (iv) disponibilité de la ressource sur un territoire avec des possibilités d’échanges commerciaux, etc.

Cette carte du monde explique en partie certains conflits

Fig. 6

(d) Géopolitique et consommation primaire(d) Géopolitique et consommation primaire

Choix conditionné également par la capacité technologique à pouvoir utiliser cette énergie sur le territoire

Fig. 7

(d) Géopolitique et consommation primaire(d) Géopolitique et consommation primaire

(e) Consommation primaire et énergies fossiles

- Origines des Consommations actuelles :

- Gaz, Pétrole, charbon représentent 80 % de l’énergie totale consommée dans le monde

Rapport de l’International Energy Agency 2007

- La consommation primaire mondiale provient 40% de production d’électricité et 60% d’énergie purement thermique

Fig. 8

(e) consommation primaire et énergies fossiles(e) consommation primaire et énergies fossiles

Très forte dépendance de la consommation d’énergie aux énergies dites fossiles, donc épuisables

- énergies « fossiles », issues de transformation d’organismes vivants ayant vécu il y a plusieurs millions d’année, à extraire

- Par analogie, l’uranium (combustible pour les centrales nucléaires) est considéré comme « fossile », car issu des roches géologiques

(e) consommation primaire et énergies fossiles(e) consommation primaire et énergies fossiles

(f) Pourquoi le pétrole ?

Dans 1 L d’essence, 10 esclaves pendant 1 jour. Le prix au litre est d’environ 1,4 euros, le prix des esclaves rémunérés serait 1000 fois plus important

Le pétrole est donc de l’énergie très très concentrée, et très peu chère

1 esclave énergétique : parcourt 2000 mètres de dénivelé, soulève 18 tonnes de terre à une hauteur de 1 mètre. Il produit 3 kW.h/jour

1 Français utilise plus d’une centaine d’esclaves tous les jours

1 Marocain utilise plus d’une dizaine d’esclaves tous les jours

(f) Pourquoi le pétrole ?(f) Pourquoi le pétrole ?

-Le pétrole et ses dérivées ont d’excellents PCI.(énergie très concentrée)

De manière plus scientifique, on définit un type d’énergie par son PCI :-PCI = Pouvoir Calorifique Inférieur=Paramètre caractéristique de chaque source d’énergie,

cette grandeur – exprimée en kJ/l (PCI volumique) ou en kj/kg (PCI massique) –, caractérise la quantité d’énergie pouvant être fournie par la source d’énergie considérée.

-Attention, pas la même référence ici !!!

Fig. 9

(f) Pourquoi le pétrole ?(f) Pourquoi le pétrole ?

2°/ La production du pétrole : une pression économique

(i) Découverte : méthode des ondes sonores (camions mobiles équipés = principe de l’échographie), ou méthode des ondes EM (radar)

3 étapes pour que le pétrole arrive chez vous :

(ii) Production : forage terrestre ou sous-marin + raffinerie + transport

Fig. 10 et 11

(f) Production du pétrole : une pression économique(f) Production du pétrole : une pression économique

(iii) achat-vente-revente

Vente sur les places financières

Acheminement et revente au particulier

Quels sont les mécanismes économiques qui lient les trois ?

Fig. 12 et 13


courbe des découvertes et productions annuelles aux Etats Unis, (en milliards de barils découverts par an) fittées par des gaussiennes.

Quel lien entre découverte et production ?

Exemple américain :

Fatalement : pics de découverte et de production espacés de quelques dizaines d’années

Courbes de tendances gaussiennes

Gisements en eau profonde (très durs à extraire)

Fig. 14


Les courbes de découvertes et de production mondiale pour le pétrole et le gaz, telles qu’établies par Jean Laherrère géologue pétrolier et co-fondateur de l’ASPO (Association for the Study of Peak Oil, ASPO) à partir des données techniques.

Et au niveau mondial ?

Au niveau mondial, le pic de découvertes a déjà été passé. A quand le pic de production ?

Et le gaz naturel ?

Pic de découverte déjà passé pour les hydrocarbures, à quand le pic de production ?

Fig. 15 et 16


http://www.peakoil.net/







Prévisions optimistes : IEA(2004)

Avec capacités existantes : ne suffit pas

Avec le développement des réserves actuelles (pays du golfe) : 2012

Avec pétrole « non conventionnel » (sans gisement, par exemple à partir de roches géologiques ou de sable imbibé) et recyclage : 2020

A quand le pic de production ?

Si nouvelles découvertes, au mieux 2030-2040

Pression économique (explosion des prix de ventes) très forte après le pic de production !!! Bouleversement des modes de vie

Et après le pic de production ?

Fig. 17


3°/ La pression environnementale-2 types différents : nuisance pour l’homme ou l’écosystème (pollution, toxicité) et de manière plus globale, le problème du réchauffement planétaire (changement du climat)

(i) Problèmes de pollution pour l’homme relatifs à l’utilisation de l’énergie :

- problème des « déchets » urbains

-dégagement des moteurs essence/diesel, particules grosses/fines +/-cancérigènes), NOx, etc ..

- Impact des matériaux de construction panneaux solaires, éoliennes, et plus généralement tous les moyens de production (centrales nucléaires, hydrauliques, etc …)

-déchets nucléaires radioactifs à plus ou moins longue durée de vie

-Impact sur l’écosystème (chauve-souris et éoliennes, poissons et barrages, etc…)

-Pollution visuelle et sonore

3°/ La Pression environnementale3°/ La Pression environnementale

(ii) Le réchauffement climatique : L’effet de serre : un processus vitalFonctionnement général simplifié de l'atmosphère. Les chiffres représentant la valeur moyenne, temporelle (sur l'année) et géographique (sur la surface de la planète) en Watts par mètre carré, de chaque flux d'énergie représenté.

Sans GES, Tsol = -15 °C

Si on augmente les GES, l’atmosphère renvoie plus d’énergie vers la terre qui l’accumule et la température planétaire augmente

Fig. 18


Un constat : augmentation significative des GES ( gaz à effet de serre) pendant le siècle dernier :

depuis l’ère industrielle : H20, NOx, CH4 : multiplié par 2 depuis 1850, CO2 : + 30 % depuis 1850 : 360 ppm !!!

ppm = partie par million

Augmentation constatée des GES, quelle en est la cause ?

Fig. 19


CO2 provenant de l'océan : riche en C 13 et comporte du C 14

CO2 provenant de la biomasse continentale : moins riches en C 13 et comporte aussi du C 14

CO2 provenant des combustibles fossiles : aussi riches en C 13 que celles provenant de la biomasse continentale (charbon) ou marine (pétrole et gaz) , mais pas de carbone 14

Augmentation du CO2 (360 ppm) à cause de cycles géologiques, ou liée à l’homme ?

Variations du C02 par cycles géologiques, du présent vers le passé en kilo-années

Réponse avec une analyse allotropique : au carbone 12,13 et 14 :

Fig. 20


Constat : le CO2 atmosphérique s'appauvrit actuellement en C 13 et en C 14. •L'appauvrissement en C 13 indique que l'augmentation de ce CO2 atmosphérique ne vient pas de l'océan.•l'appauvrissement en carbone 14 implique - puisque c'est la seule source possible - que les émissions en provenance des combustibles fossiles augmentent.

Augmentation des GES liée à l’activité humaine !!

•Quelques scientifiques n’ayant jamais publié ne font pas le lien entre réchauffement climatique et augmentation des GES par l’homme (en invoquant les cycles géologiques). (cf. Claude Allègre),


•De combien va monter la température ?

•Suivant les scénarios, entre 1 et 4 degrés d’après des simulations, d’ici 2100, et jusqu’à 7 ou 8 degrés quelques siècles après

Fig. 21


•Quelles conséquences ?

- Montée des eaux

- Phénomènes extrêmes (ouragan, tempêtes, inondations, etc…) ? Fréquence ? Intensité ?

- Modification très large des températures locales (réchauffement ou refroidissements extrêmes)

- Augmentation de la pluviométrie (plus souvent, ou plus fort ?)

- Modification des courants marins (et donc de la régulation du climat). Pire scénario : extinction du Gulf stream


•Problème soulevé : la durée de vie des GES dans l’atmosphère peut aller jusqu’à 100 ans pour le CO2 → réagir maintenant est important

•La prise de conscience est générale, et on parle en météorologie de « choc climatique ». Cf. Al Gore + GIEC, prix nobel de la paix, Kyoto (1997), etc …

•Face aux pressions économiques à venir, et à la pression environnementale, il est nécessaire d’aborder un nouveau mode de développement

4°/ Vers le développement durable


•Développement durable : développement qui répond aux besoins des générations présentes sans compromettre la capacité des générations futures à répondre aux leurs

•Beaucoup d’exemples : Bonus/malus écologique, volonté politique de développer les énergies renouvelables, recherches sociologiques et économiques sur le développement durable, nouveaux modes de consommation

* Prise de conscience ?

4°/ Vers le développement durable4°/ Vers le développement durable

•Prise en compte de nouveaux type de polluants par l’Europe (fluide frigorigènes, produits chlorés, oxydes de soufre (S02), particules, déchets nucléaires, métaux lourds, composés organiques volatils (COV), pollution sonore, thermique ou olfactive)

•De nombreux progrès encore à faire et de nombreuses questions se posent

Comment produire mieux ? Doit-on produire plus pour répondre aux besoins ? Doit-on produire moins pour protéger l’environnement et adapter notre consommation ? Comment trouver une énergie produite proprement, restant disponible plus longtemps ? (tri, retraitement des déchets, etc …)

Une solution partielle : les énergies renouvelables


-Dans les énergies renouvelables : la biomasse est largement utilisée (renouvelable si pas de déforestation)

•Energie renouvelable = énergie renouvelée ou régénérée naturellement à l’échelle d’une vie humaine

-Malgré tout, le nucléaire ne pourra pas être évité car n’émet pas de CO2 Fig. 22


II- Les perspectives énergétique

II-1°/ Offre et demande

•Demande croissante (démographie), modulée par (i) ressources disponibles, (ii) potentiel d’économie d’énergie, (iii) prix, et plus récemment (iv) émissions de CO2

•Tendances à 10 ans : - réduction de la consommation du pétrole (disponibilité et prix)

- augmentation de la consommation de gaz et charbon

II- Les perspectives énergétiquesII- Les perspectives énergétiques

•Tendances à long terme : - déclin du pétrole- importance du nucléaire + énergies renouvelables- émergence de la biomasse- rupture technologique (ITER, hydrogène, etc …)?

Tendances peu précises, car : ressources nucléaires ? Ruptures technologiques ? Que faire des déchets (nucléaire : 1kg/an/habitant dont 10g hautement radioactifs à durée de vie longue) ? Et les aspects politique ?

1°/ Offre et demande1°/ Offre et demande

•Tendances à long terme (source Total) : - déclin du pétrole-importance du nucléaire + énergies renouvelables

Fig. 23


•La Science devra donc répondre aux questions suivantes : Dans le futur, la production d’énergie est-elle, sans apport d’énergie fossile :

-Scientifiquement possible ?-Techniquement faisable ?-Économiquement acceptable (voir rentable) ?-Écologiquement (et humainement) acceptable ?

•Industrie de l’énergie en France en 2006, c’est : 2.5 % du PIB, 19% des investissements industriels, 5 % des investissements totaux, 2 % des dépenses R&D (secteurs industriels et commerciaux), 230000 emplois (1% population active)


•Industrie : production fortement centralisée → nucléaire bien adapté→fission et réacteurs avancés (utilisation du thorium (CNRS), EPR (european pressurised reactor, génération III , surgénération (projet superphénix CEA abandonné, génération IV), VHTR (very high temperature reactor : génération IV)→ fusion contrôlée (ITER, à Cadarache)→électricité « verte » ( centrales de production micro-hydraulique, parc éoliens, photovoltaïques, géothermie, etc ..)

II-2°/ Les orientations technologiques

2°/ Les orientations technologiques2°/ Les orientations technologiques

•Transports : production portable d’énergie

→ biocarburants : semble promis à l’oubli très prochainement : faible rendement énergétique, et problème éthique pour nourrir la planète→ moteurs diesels faible consommation à court terme

→ moteurs diesels hybrides à moyen terme

CO2 !!!

→ véhicules électriques à batteries Lithium (2010)

→ piles à combustible SOFC (Solid Oxid Fuel Cell) (2030)

Pollution chimique !!!

→ piles à combustible PEMFC (Proton Exchange Membrane fuel Cell) à hydrogène (2030)

nombreuses applications mais production + stockage d’hydrogène !!!


→ systèmes hybrides d’abord et piles à combustible ensuite sont les deux solutions envisagées pour remédier au problème du transport

Fig. 24


•Habitat : production faiblement concentrée (délocalisée)+isolation

→ énergies renouvelables bien adaptées, pour une conception « bioclimatique » (adaptée aux contraintes climatiques pour le chauffage ou la climatisation) de l’habitat

→ « cogénération » (génération d’énergie calorifique et mécanique (i.e. électrique) en même temps par un moteur) ou « trigénération » (énergie calorifique, frigorifique et mécanique)

→ ISOLATION !!!!!!!!!!!!!!!!!!!


II-3°/ Conclusions générales

• Sources d’énergie devront être : peu chères, propres pour l’environnement, propres pour l’homme, de qualité, flexibles, efficaces dans leur transformations (augmentation des rendements de transformation), et dans leur utilisation.

• Progrès attendus : - amélioration des systèmes à moteurs électriques-Gestion des chaleurs perdues-Prise en compte de la pollution-Amélioration de l’efficacité de chauffage et de climatisation

3°/ Conclusions générales3°/ Conclusions générales

• La demande augmentant énormément les 50 prochaines années, les énergies renouvelables et le nucléaire auront-elles le temps de se développer suffisamment pour éviter une explosion des émissions de CO2 ?

→ Il faudra probablement mixer les différentes formes d’énergie (aucune forme ne cumule pour l’instant tous les avantages). Sauf ITER ?

→ de nombreuses pistes restent à explorer: énergie des vagues, marémotrices, chute d’eau, écarts de températures entre les fonds marins et la surface, géothermie profonde, etc …mais ne suffit pas. Il va falloir changer les modes de vie si on veut se passer de pétrole.

3°/ Conclusions générales3°/ Conclusions générales

III- L’énergie = grandeur caractérisant un changement d’étatIII-1°/ Les formes de l’énergie

III-1°/ (a) les différentes approches en Physique(i) Interactions fondamentales : le modèle standard

• La matière (qui « pèse ») est constituée de fermions, on en distingue 2 sortes:Les quarks (noyaux) et les leptons (électrons)

• deux « fermions » peuvent interagir entre eux via un boson, particule support de l’interaction

Fig. 25

III- L’énergieIII- L’énergie

• Il y a donc 4 types de forces ou d’énergie dans l’univers : • A notre échelle, le plus souvent l’énergie EM est la plus visible, mais on utilise aussi l’énergie nucléaire

toute production d’énergie sauf nucléaire

Echange de charge, masse et énergie entre quarks et leptons, Fusion thermonucléaire, radioactivité

Cohésion des nucléons, Fusion thermonucléaire, fission nucléaire,

Fig. 26

1°/ (a) Les différentes approches en physique1°/ (a) Les différentes approches en physique

21'

tt

(ii) L’énergie selon Einstein : un peu de relativité

• Postulat 1 : les lois de la physique s’expriment de la même façon dans tous les référentiels Galiléens• Postulat 2 : la propagation des ondes EM dans le vide est isotrope et se fait à une même vitesse dans tous les référentiels galiléens, quelque soit le mouvement de la source !!!

conséquences : soient 2 horloges H et H’ dans les référentiels R et R’, avec R’ en mouvement à la vitesse (v)/R, alors la durée mesurée par H’ n’est pas la même que la durée mesurée par H :

avecc

v « Dilatation du temps !!! »

21' LL avecc

v « Contraction des longueurs !!! »

→ effets relativistes (relativité du temps suivant la vitesse, l’altitude, etc…)


La conséquence la plus célèbre:

²0cmErepos Avec m0 « masse au repos » de la matière

²1

²2

0 mccm

Emouvement

Avec m « masse cinétique » de la matière

•énergie = matière, théorie valable sur des particules ou sur des planètes !!!

•1 kg de matière = 9×1016 joules : c'est l’énergie produite par un réacteur nucléaire d'une puissance de 1400 MW pendant deux ans environ !!


(iii) Énergie cinétique/potentielle, mécanique et thermodynamique

vitessegravitémvmghEEE cinétiqueepotentielltotale ²2

1•En mécanique, échelle macroscopique

•En thermodynamique QWU

→ ∆U est la variation de l‘énergie interne du système; c'est à dire son énergie propre correspondant aux énergies cinétiques et potentielles microscopiques, des particules qui le constituent.


→ W est la partie de l'énergie qui correspond au travail échangé avec le milieu extérieur. Le travail est un mode de transfert ordonné d'énergie entre le milieu extérieur et le système.

→ Q est la quantité d'énergie mise en jeu sous forme de chaleur. Elle est transmise essentiellement par trois processus d'échange thermique : conduction thermique, convection ou rayonnement.

La chaleur est un mode de transfert d'énergie microscopique désordonné. C'est en quelque sorte un transfert d‘agitation thermique entre le système et le milieu extérieur, qui est par nature désordonné.

... VdqdNpdVTdSdU Travail : cinétique ou potentiel : forces de pression, travail électrique fourni lors d'une réaction électrochimique de pile, travail dû à des interactions électromagnétiques

Chaleur : énergie cinétique microscopique


III-1°/ (b) les formes d’énergie

•Historiquement : énergie calorifique d’abord (feu, chauffage, cuisson) puis mécanique (agriculture, labour, …)

(i) Énergie mécanique

→ cinétique, potentielle, rotation, translation

→ depuis antiquité : notions de charge +/-

→ interaction de ces charges +/- : énergie potentielle électrique

→ mouvement de ces charges +/- : énergie électrocinétique

→ E électrique continue : faible intensité&tension, élec. grand public, transports, photovoltaïque

→ E électrique alternative : réseaux centralisés, fortes tensions&intensité

(ii) Énergie électrique

1°/ (b) Les formes d’énergie1°/ (b) Les formes d’énergie

(iii) Énergie magnétique

→ paramagnétisme, ferromagnétisme, stockage de l’information (disque dur), cf. Albert Fert prix nobel physique 2007

(iv) Énergie radiative (électromagnétique)

→ photon, utilisé partout (communications espace libre, four micro-ondes, etc ..)

Eradio IR visible UV X γ

(v) Énergie chimique

→ évolution des conformations électroniques autour des molécules et atomes

→ évolution vers stabilité croissante (minimum d’énergie), avec réactions exothermiques ou endothermiques


→ ex. : combustion entre un combustible (bois, essence, etc…) et un comburant (souvent l’air…), parfois violente (moteur à explosion), parfois lente (oxydation d’un métal à l’air)

(vi) Énergie nucléaire

→ concerne les noyaux des atomes et l’interaction forte

→ + le noyau est lourd, moins il est stable (d’où Uranium, Thorium, etc …)

→ fission nucléaire : casse un atome lourd pour en former des légers, défaut de masse ∆E= ∆mc²

→ fusion nucléaire : fusionne des atomes légers pour en former un lourd, défaut de masse ∆E= ∆mc²

énergie récupérée = énergie calorifique !!!!


(vii) Énergie calorifique

→ intrinsèquement de l’énergie cinétique

→ échelle microscopique : vitesses, échelle macro : température, pression

→ énergie la plus utilisée (nombreuses applications…), aussi bien en chaleur sensible (variation de température) que en chaleur latente (changement de phase, souvent associée à une grande variation d’énergie)

→ des grands progrès technologiques attendus sur l’utilisation de la chaleur


III-2°/ La conversion d’énergie

•Ex. : faire un feu : E chimique → E combustion → E calorifique

•Étoile : matière → E nucléaire → E radiative + E calorifique

•Dans la nature, les équilibres de conversion énergétiques sont très sensible. L’homme les modifie (avec les GES par exemple)

•Finalement, l’homme s’est inspiré de la nature pour transformer l’énergie du soleil, du vent, de l’eau, des combustibles, des atomes, etc …•L’utilisation finale est quasiment toujours de l’énergie calorifique, ou électrique

2°/ La conversion d’énergie2°/ La conversion d’énergie

•La conversion à souvent lieu entre-énergie « stock » (énergies dont les réserves sont limitées, mais utilisables sur demande : pétrole, nucléaire, charbon, etc…)

et -énergie « flux » (énergies dont les réserves sont illimitées, mais dont l’utilisation ne se fait pas sur demande la plupart du temps : éolien, solaire, mais aussi : bois !, énergies de type calorifique, électrique)

Un vecteur énergétique (ou vecteur d'énergie) est un véhicule ou une méthode permettant de transmettre de l'énergie d'un endroit à un autre. Ex : Electricité ou hydrogène (car il n’existe pas à l’état naturel, il faut le produire).


http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89nergie

•Dans les conversions d’énergie, on distingue souvent deux types de régimes : transitoire, et dynamique stationnaire (ex : moteur de voiture)

La conversion doit être efficace dans les deux régimes

•Importance de la notion de « rendement » de conversion dans les prochaines années, en particulier pour le thermique mais aussi pour la pile à combustible, où pour le nucléaire

III-3°/ (a) le stockage

•Stockage → conversion, régime transitoire et stationnaire


III-3°/ Stockage et transport d’énergie

•La perte d’énergie se fait souvent pendant le régime transitoire→ transitoires thermiques plutôt lents → transitoires mécaniques plutôt rapides → transitoires chimiques très rapides

•Tout stockage nécessite un réservoir → notion de capacité

Ex. : - réservoir de liquide (combustible, etc…)- stockage solide (énergie fossile)- réservoir de gaz (gaz, hydrogène)- électricité (condensateurs, batteries,…)- réservoir de chaleur (chauffe-eau, etc …)

on sait faire sans risque

Problèmes !!!

→ capacités massique, chimique, thermique, électrique, etc …

•Thermostat : réservoir thermique de capacité infinie (T° fixe). Ex. : atmosphère n’est pas un thermostat parfait (température augmente)

on sait faire avec risques

3°/ Stockage et transport d’énergie3°/ Stockage et transport d’énergie

III-3°/ (b) le transport d’énergie•Schéma conventionnel de l’utilisation de l’énergie :

Outil de production de l’énergie

E primaire

stockage

utilisation

Si E stock

•E liquide, solide facilement transportable•E Electrique et Gaz transportables sous certaines conditions•E thermique très difficilement transportable

= transport éventuel


•3 types de production d’énergie suivant les trois types d’application

→ Industrie : nécessite de gros « volumes » d’énergie de manière constante

Solution : production centralisée:-inconvénients : faible efficacité de distribution (peut se

trouver loin géographiquement du lieu de consommation de l’énergie)-avantages : tire partie de l’effet d’échelle favorable à une forte

efficacité de conversion de l’énergie -importance d’une bonne gestion du réseau de distribution →

ingénieur gestion du réseau


→ habitat : nécessite de petits besoins de manière intermittente

Solution : production décentralisée (de proximité):-inconvénients : efficacité de production-avantages : distribution efficace-approche locale basée sur un micro-système non transposable ailleurs

→ transport : nécessite de petits besoins transportables

Solution : production portable (transposable sur toutes les applications portables)-inconvénients : stockage, efficacité de conversion-avantages : portabilité


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