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Chapitre I : L’énergie et les variables énergétiques Dr nassima BERGOUG Support

Chapitre I : L’énergie et les variables énergétiques Dr nassima BERGOUG Support de cours : conversion d’énergie 2ème Année LMD ST 4 Les différentes sources d’énergie peuvent être classées en deux groupes : I.2.1 Les énergies fossiles (non renouvelables) L’homme dans sa vie quotidienne à besoin : pour se chauffer, pour stocker la nourriture, pour s’éclairer et pour manger. Cependant, même si la nature à stocker les combustibles fossiles pendant des centaines de millions d'années, ces derniers ne sont pas renouvelables et pollues notre monde. Depuis la révolution industrielle, nous avons utilisé une grande quantité d'énergies fossiles pour assurer notre développement économique. Au rythme où nous les consommons actuellement, il est pertinent de se demander combien de temps dureront ces réserves. I.2.1.1 Qu'est-ce que les énergies fossiles Les énergies fossiles, qui comprennent le charbon, le pétrole et le gaz sont issus de la matière vivante, végétale ou animale. Ces énergies contiennent du carbone dont la combustion fournit de l'énergie et génère du gaz carbonique. Elles sont présentes en quantité limitée et non renouvelable. Il existe de nombreuses énergies fossiles, voici quelques exemples: I.2.1.2 Le pétrole Le pétrole (L. petroleum, du mot grec petra, roche, et du latin oleum, huile) est une roche liquide carbonée, une huile minérale composée d'hydrocarbures plus ou moins légers et de divers composés organiques piégés dans des formations géologiques particulières. L'exploitation de cette énergie fossile est l’un des piliers de l’économie industrielle contemporaine, car le pétrole fournit la quasi-totalité des carburants liquides — fioul, gazole, kérosène, essence, GPL — tandis que le naphta produit par le raffinage est à la base de la pétrochimie, dont sont issus un très grand nombre de matériaux usuels — plastiques, textiles synthétiques, caoutchoucs synthétiques (élastomères), détergents, adhésifs, engrais, cosmétiques, etc. — et que les fractions les plus lourdes conduisent aux bitumes, paraffines et lubrifiants. Sa formation est un processus complexe et au rendement très faible. Il est formé du plancton qui s'est déposé au fond des mers Chapitre I : L’énergie et les variables énergétiques Dr nassima BERGOUG Support de cours : conversion d’énergie 2ème Année LMD ST 5 I.2.1.3 Le gaz Tout comme le pétrole, est issu d'un processus complexe. L'utilisation de celui-ci est assez récente et est actuellement en plein développement; La consommation mondiale du gaz en 2000 a été 24,7% de la consommation mondiale d'énergie. Le gaz naturel est l'une des énergies fossiles qui rejette le moins de CO2 dans l'atmosphère. De plus, on remarque même, que si sa combustion était parfaite et totale, il n'y aurait que des rejets d'eau et de dioxyde de carbone. I.2.1.4 Le charbon Comme le pétrole et le gaz naturel, le charbon est une énergie fossile. Sa formation a débuté il y a plus de 350 millions d'années, par la transformation profonde de matière organique végétale. I.2.2 Les Énergies Renouvelables C’est une source d’énergie primaire inépuisable à très long terme, car c’est une source d’énergie issue directement, ou non, de l’énergie du Soleil, de la Terre ou de la gravitation. Différentes énergies renouvelables sont : l’énergie solaire, l’énergie éolienne, énergie hydroélectrique, la géothermie, la biomasse. I.2.2.1 Énergie solaire • C’est une énergie renouvelable apportée par le rayonnement solaire, et exploitée pour produire de l’électricité ou de la chaleur. • L’énergie solaire, est une énergie propre et inépuisable qui est exploitée de plusieurs façons : éclairage et chauffage "passif" des logements par le soleil. • Conversion thermodynamique de l’énergie solaire en électricité: En concentrant les rayons du soleil par un disque parabolique, un capteur cylindre-parabolique ou un système de miroirs, il est possible d’atteindre une température suffisamment élevée pour générer de l’électricité via une turbine et un alternateur. Le prix de revient du kWh électrique devient intéressant (environ deux fois moindre que celui du photovoltaïque) pour de grandes installations, ce système est difficilement applicable pour de petites installations et son intégration dans le bâti n’est pas évidente. • Conversion photovoltaïque de l’énergie solaire: L’effet photovoltaïque permet de convertir directement l’énergie lumineuse du soleil en électricité grâce à des semi- conducteurs. Bien que cette filière énergétique soit largement minoritaire dans les bilans énergétiques mondial, européen et français, son taux de croissance (30 à 60% par an) et la chute des coûts de production qui accompagne son développement depuis quelques années présage un potentiel de développement très élevé pour l’avenir. Chapitre I : L’énergie et les variables énergétiques Dr nassima BERGOUG Support de cours : conversion d’énergie 2ème Année LMD ST 6 I.2.2.2 Énergie éolienne C’est l’énergie du vent et plus spécifiquement, l’énergie tirée du vent au moyen d’un dispositif aérogénérateur comme une éolienne ou un moulin à vent. L’énergie éolienne peut être utilisée de deux manières : • Conservation de l’énergie mécanique: le vent est utilisé pour faire avancer un véhicule, pour pomper de l’eau ou pour faire tourner la meule d’un moulin. • Transformation en énergie électrique : l’éolienne est couplée à un générateur électrique pour fabriquer du courant continu ou alternatif. Le générateur est relié à un réseau électrique ou bien fonctionne de manière autonome avec un générateur d’appoint et/ou un parc de batteries ou un autre dispositif de stockage d'énergie. L’énergie éolienne joue un rôle essentiel pour éviter les émissions de gaz à effet de serre et combattre le changement climatique. La capacité installée totale dans le monde atteint aujourd’hui 94 000 MW et permet d’éviter le rejet d’environ 122 millions de tonnes de CO2 dans l’atmosphère, équivalent au fonctionnement de 20 centrales à charbon. Figure I.3. Schéma de principe de l’énergie éolienne Figure I.2. Panneaux solaire Chapitre I : L’énergie et les variables énergétiques Dr nassima BERGOUG Support de cours : conversion d’énergie 2ème Année LMD ST 7 I.2.2.2 Énergie hydroélectrique Les barrages hydroélectriques créent et fournissent l'énergie électrique. Ils sont faits de ciment et d'acier. La plupart ont plus de 30 mètres de haut, et certains atteignent même jusqu'à 150 mètres de haut. Une centrale hydraulique utilise l'énergie fournie par une masse d'eau en mouvement pour produire de l'énergie électrique. Un barrage retient une grande quantité d'eau sous la forme d'un lac de retenue. Pour produire de l'électricité, les vannes du barrage sont ouvertes, de l'eau s'y engouffre dans une conduite forée dans le barrage, sa vitesse augmente. À la sortie de cette conduite, l'eau fait tourner une turbine qui entraîne elle-même un alternateur qui produit une tension alternative sinusoïdale. L'eau est ensuite libérée au pied du barrage et reprend le cours normal de la rivière. Plusieurs variantes des centrales hydrauliques existent. Certaines fonctionnent en exploitant l'énergie fournie par les marées ou par les vagues. Leur nombre reste toutefois très limité. Les centrales hydrauliques ont une puissance qui peut aller de quelques milliers de watts pour une centrale individuelle ( destinée à alimenter une seule habitation ) à 500 MW ( mégawatts ) pour un barrage d'importance. L'eau accumulée derrière un barrage est dirigée vers les turbines par des tuyaux appelés conduites forcées. I.2.2.3 Énergie Biomasse Définition : Ce terme désigne tous les matériaux organiques créés directement ou indirectement par photosynthèse, soit l'ensemble du monde vivant: végétaux, animaux et micro-organismes. C'est une forme d'énergie solaire. Figure I.4 Schéma de fonctionnement d’une centrale hydraulique Chapitre I : L’énergie et les variables énergétiques Dr nassima BERGOUG Support de cours : conversion d’énergie 2ème Année LMD ST 8 Une centrale biomasse produit de l'électricité grâce à la vapeur d'eau dégagée par la combustion de matières végétales ou animales, qui met en mouvement une turbine reliée à un alternateur. La biomasse est brûlée dans une chambre de combustion. En brûlant, la biomasse dégage de la chaleur qui va chauffer de l'eau dans une chaudière. L'eau se transforme en vapeur, envoyée sous pression vers des turbines. Une partie de la vapeur est aussi récupérée pour être utilisée pour le chauffage. C'est ce que l'on appelle la cogénération. La vapeur fait tourner une turbine qui fait à son tour fonctionné un alternateur. Grâce à l'énergie fournie par la turbine, l'alternateur produit un courant électrique alternatif. Un transformateur élève la tension du courant électrique produit par l'alternateur pour qu'il puisse être plus facilement transporté dans les lignes à moyenne et haute tension. À la sortie de la turbine, la vapeur est à nouveau transformée en eau grâce à un condenseur dans lequel circule de l'eau froide en provenance de la mer ou d'un fleuve. L'eau ainsi obtenue est récupérée et ré-circule dans la chaudière pour recommencer un autre cycle. Les fumées de combustion sont dépoussiérées grâce à des filtres et sont évacuées par des cheminées. Figure I.5 Principe de la photosynthèse Chapitre I : L’énergie et les variables énergétiques Dr nassima BERGOUG Support de cours : conversion d’énergie 2ème Année LMD ST 9 I.2.2.4 Énergie Géothermie La Terre est un réservoir à fort potentiel énergétique. On observe sur la totalité du globe une élévation de la température au fur et à mesure que l‘on fore vers le noyau terrestre, c’est le gradient géothermique. En moyenne il est de l’ordre de 30° par kilomètres de profondeur et le flux géothermique associé (quantité de chaleur transmise par uploads/Industriel/ cours-conversion-denergie-c-2.pdf