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Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
On présente le concept de conservation de l'énergie, ainsi que celui du transfert de l'énergie, accompagnée de son extensité, de la haute tension vers la basse tension. Le principe de conservation des extensités permet ensuite de définir les convertisseurs d'énergie à quatre réservoirs. Dans le cas de la chaleur, la création d'entropie explique la présence de générateurs monothermes. La présentation des convertisseurs de Carnot et de leurs efficacités doit permettre de servir de référence aux machines réelles. Enfin, on explique la provenance de la notion d'exergie et l'intérêt de son utilisation dans l'analyse des pertes lors du fonctionnement d'un système énergétique réel.
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Some basic concepts of energy conservation are introduced, as well as the one of energy transfer with its extensive quantity from a high level of the intensive quantity toward a low level of this intensity. The conservation of extensive quantities principle requires energy converters with four energy reservoirs. In the case of heat, the entropy generation explains the presence of only one thermal reservoir for generators. The presentation of Carnot converters and their efficiencies can be used as a reference to the real machines. Finally, the exergy notion and its interest in the losses analysis of a real energy system working are considered.
Auteur(s)
-
André LALLEMAND : Ingénieur INSA - Docteur ès-sciences physiques - Ex-Professeur des universités - Ex-Directeur du département de génie énergétique de l’INSA, Lyon
INTRODUCTION
Les moteurs thermiques, alternatifs ou à flux continu (turboréacteurs et turbines de centrales électrogènes par exemple) ou les machines de réfrigération-congélation et les pompes à chaleur sont autant de convertisseurs d’énergie dont il est important de connaître les principes scientifiques sur lesquels ils sont basés si on veut maîtriser leur conception et leur mise en œuvre. C’est l’exposé de ces principes et de leurs applications qui fait l’objet de cet article.
Comme ces principes scientifiques font partie du domaine de la thermodynamique, la première partie de l’article est consacré à la présentation des premier et deuxième principes de cette science. Il convient cependant de noter que celle-ci est nettement orientée vers les applications techniques avec notamment les notions de bilans enthalpiques et entropiques.
Dans la deuxième partie, on met en application le principe du transfert de l’énergie, et de l’extensité correspondante, de la haute tension vers la basse tension, ainsi que celui de la conservation des extensités, pour définir les convertisseurs d’énergie et montrer la nécessité de leur fonctionnement entre au moins quatre réservoirs d’énergie, deux pour chacun des deux types d’énergie mis en œuvre dans le convertisseur. Vu cette symétrie de réservoirs, ces convertisseurs, qui comporte tous une partie motrice et une partie génératrice, peuvent avoir théoriquement un fonctionnement inversé. Cependant, la chaleur différant des autres types d’énergie par le fait que sa variable extensive, l’entropie, n’est pas conservative, on constate l’existence de générateurs thermiques monothermes dont le fonctionnement ne peut pas être inversé. Cette présentation générale des convertisseurs est suivie par la définition et l’examen du fonctionnement théorique des convertisseurs de Carnot qui ont une efficacité optimale et qui servent toujours de repère pour les convertisseurs réels.
Cette recherche de l’optimum, en adéquation avec la recherche permanente des économies de certains types d’énergie, peut se faire par des analyses entropiques du fonctionnement des systèmes énergétiques. Cependant, les analyses exergétiques apparaissent comme plus pratiques lors des applications techniques. C’est la raison pour laquelle cet article met, in fine, l’accent sur la définition de l’exergie et de son complément, l’anergie, ainsi que sur leurs transferts et leurs bilans.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
exergy | thermodynamic | anergy | Carnot converter
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Présentation
Fiche de synthèse
En anglais
5. Glossaire
Anergie ; anergy
C’est le complément de l’exergie pour former l’énergie d’un système. Elle est liée directement à l’entropie par son produit avec la température ambiante.
Coefficient de performance ; coefficient of performance
Pour un générateur thermique, c’est le rapport entre la chaleur, fournie au puits chaud dans le cas d’une pompe à chaleur, reçue de la source froide dans le cas d’une machine frigorifique, et l’énergie utilisée (ou convertie).
Convertisseur d’énergie ; energy converter
Système particulier qui permet de transformer un type d’énergie en un autre. Son fonctionnement doit être cyclique et – en principe – infini.
Convertisseur de Carnot ; Carnot converter
C’est un convertisseur d’énergie thermique particulier car fonctionnant de manière totalement réversible entre deux thermostats (intérieurement et extérieurement dans ses relations avec les thermostats).
Énergie interne ; internal energy
Énergie dont disposent les éléments matériels au niveau atomique ou moléculaire. C’est une fonction d’état.
Énergie totale ; total energy
Somme de toutes les énergies attachées au système. C’est une fonction d’état.
Enthalpie, enthalpie totale ; enthalpy, total enthalpy
Fonction d’état composée de l’énergie interne et du produit pression-volume. Pour l’enthalpie totale, on ajoute les énergies cinétique et potentielle gravifique.
Entropie ; entropy
Fonction d’état qui correspond à la variable extensive liée à l’énergie thermique. L’entropie accompagne l’énergie thermique dans les transferts de chaleur. Elle est « créable » (lors de toutes les transformations irréversibles) et non destructive.
Évolution d’un système ; system evolution
Passage d’un système d’un état bien défini à un autre également bien défini.
État d’équilibre ; equilibrium state
État dans lequel se trouve le système lorsque tous les paramètres sont stables et que les variables intensives sont uniformes.
Exergie ; exergy
Part maximum d’un type quelconque...
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Glossaire
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - PEREZ (J.-P.), LAGOUTE (C.) - Thermodynamique : fondements et applications. - Dunod, Paris (2001).
-
(2) - FEIDT (M.) - Énergétique. Concepts et applications. - Dunod, Paris (2006).
-
(3) - GICQUEL (R.) - Systèmes énergétiques, Tome 1. Technologie d’analyse, bases de thermodynamique, composants, thermoptim. - École des Mines, Paris (2009).
-
(4) - BOREL (L.), FAVRAT (D.) - Thermodynamique et énergétique. De l’énergie à l’exergie. - Presses polytechniques et universitaires romandes, Lausanne (2011).
-
(5) - DUROUDIER (J.-P.) - La thermodynamique concrète. - ISTE éditions, Londres (2017).
-
(6) - LALLEMAND (A.) - Thermomécanique des milieux fluides....
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