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ANALYSE DE LA CHAINE ENERGÉTIQUE1.Ressources Energétiques & Conversion 2.Consom

ANALYSE DE LA CHAINE ENERGÉTIQUE1.Ressources Energétiques & Conversion 2.Consommation & demande de l'énergie Présentation du Module: L’énergie est l'un des problèmes majeurs de l'avenir. Le premier objectif de ce module est d'apporter une vision globale des différentes sources d'énergie et des principaux modes de sa conversion. Une attention particulière est accordée à la maîtrise et aux économies d'énergie ainsi qu'aux contraintes énergétiques et environnementales associées.  Le deuxième objectif est de donner aux futurs ingénieurs une information complète sur la demande et la consommation d'énergie au niveau national leur permettant de comprendre les enjeux économiques globaux. Objectifs: Composition du Module: Le Module se compose de 2 éléments de Module: 1. Ressources Energétiques & Conversion 2. Consommation & demande de l'énergie Chaque élément contient Modalités d’évaluation pour chaque élément: Contrôle continu 25%,  Projet 25%, examen 50% Note du module : Matière 1: 0,5 Matière 2: 0,5 Introduction & rappels L’énergie peut être définie comme « la faculté que possède un corps de fournir du travail mécanique ou son équivalent ». Elle se présente sous différentes formes : mécanique ; chaleur ; rayonnement électromagnétique ; électricité ; chimique ; nucléaire. Différentes formes d’énergie L’énergie mécanique se présente sous deux formes principales : l’énergie potentielle, provenant essentiellement de l’attraction de la gravitation terrestre, est celle que possède un corps au repos situé en altitude : énergie contenue dans l’eau d’un barrage, contrepoids des anciennes horloges, etc. l’énergie cinétique est celle que possède un corps en mouvement : énergie du vent, des cours d’eau, arbre moteur, volant d’inertie, etc. Rappels: Rappels: La chaleur ou énergie thermique est l’énergie contenue dans un corps dont la température est supérieure à celle de son environnement. On distingue la chaleur sensible mise en jeu lors d’une variation de température sans changement d’état, et la chaleur latente dégagée sans variation de température, lors de la solidification (la fusion) et lors de la condensation (l’ébullition). La chaleur peut être transmise selon trois modes de transfert principaux : la conduction et la convection, qui agissent par contact, et le rayonnement thermique, qui permet une transmission à distance. Le rayonnement électromagnétique, dont fait partie le rayonnement thermique, est une autre forme d’énergie, capable d’agir à distance, même sans milieu matériel intermédiaire. L’énergie chimique correspond à l’énergie de liaison entre les molécules d’une substance. Les hydrocarbures (pétrole, gaz, charbon) sont des formes d’énergie chimique qui jouent un rôle fondamental dans les bilans énergétiques mondiaux actuels. L’énergie électrique est un phénomène produit par le déplacement d’électrons libres dans les conducteurs. C’est une forme d’énergie « noble » qui, à partir de trois effets, calorifique, magnétique et chimique, correspond à une multitude d’usages, dont certains lui sont spécifiques : éclairage, moteurs électriques, électrolyse, chauffage à induction, acquisition, traitement et transmission de l’information, etc. L’énergie nucléaire est l’énergie de liaison entre les particules qui constituent le noyau d’un atome. L’énergie nucléaire peut être dégagée par la fission, qui consiste à fendre le noyau d’un atome lourd (uranium, plutonium), ou par la fusion de noyaux légers (hydrogène, deutérium). Aujourd’hui, seule la fission est maîtrisée dans des réactions contrôlées, la fusion ne pouvant encore être réalisée que dans des bombes atomiques, même si d’importants programmes de recherche se donnent pour objectif de la maîtriser. Un développement significatif de la fusion avant 2050 est peu probable. Conversions d’énergie Le premier principe de la thermodynamique, ou principe de conservation de l'énergie, énonce que, dans un système fermé, la quantité d'énergie soumise à un processus de transformation se retrouve intégralement sous d'autres formes lorsque ce processus a pris fin. Si le premier principe pose que toutes les formes d'énergie sont équivalentes en valeur, le second principe introduit une notion de qualité de l'énergie, celle-ci se dégradant d'énergie noble (mécanique, électrique), en chaleur. Selon ce principe, la quantité d'énergie utilisable (énergie noble) diminue obligatoirement dans un système isolé, du fait de l'existence d'irréversibilités. De plus, la limite supérieure du rendement de transformation de l'énergie thermique en travail mécanique est égale au rendement de Carnot : et h = 1 - Tf/Tc, (Tc, et Tf températures exprimées en Kelvin). la photosynthèse assure la transformation du rayonnement solaire en biomasse végétale et plancton, ce qui, au cours des millénaires, a donné le jour à l'ensemble des réserves mondiales de combustibles fossiles ; la combustion du charbon, des hydrocarbures et de la biomasse permet de fournir de la chaleur, utilisée dans de nombreux procédés industriels, pour le chauffage, etc. La quantité de chaleur qu'un combustible peut fournir est appelé son pouvoir calorifique ; les machines thermiques permettent de transformer soit de la chaleur en énergie mécanique (cycles directs), laquelle peut être utilisée directement ou convertie en énergie électrique, soit de l'énergie mécanique en chaleur (cycles inverses), pour produire du froid (machines frigorifiques) par exemple ; les dynamos et alternateurs, mus par une source d'énergie mécanique (moteur, turbine), produisent de l'électricité ; les frottements et l'effet Joule convertissent en chaleur l'énergie mécanique ou électrique ; les réacteurs nucléaires transforment les réactions de fission en chaleur, laquelle peut ensuite être utilisée pour générer de l'électricité. Les principales conversions mises en jeu sont les suivantes : Des limites actuelles et théoriques pour quelques modes de conversion de l’énergie: Principales sources d’énergie Deux grandes catégories de sources d’énergie : les énergies non renouvelables et les énergies renouvelables. les énergies non renouvelables: les combustibles fossiles (pétrole, gaz naturel, charbon), qui sont des formes d’énergie chimique provenant de la biomasse, stockées au cours des millénaires passés, la fission nucléaire dérivée de l’uranium. Les réserves correspondant à ces sources d’énergie sont limitées et ne se renouvellent pas. Leur exploitation correspond à l’utilisation d’un capital déjà largement entamé, de telle sorte qu’à moyen terme, le relais devra être pris par d’autres sources. les énergies renouvelables : les premières employées par l’homme et continuent de l’être largement dans les sociétés traditionnelles. Ils recouvrent des formes d’énergie très diverses: NB: Se présentant sous forme de flux et non de stock, leur mise en valeur présente des avantages mais pose aussi des problèmes spécifiques qui seront évoqués plus loin. En revanche elles sont pratiquement inépuisables. la géothermie, l’énergie solaire, l’énergie éolienne, l’énergie hydraulique, l’énergie marémotrice, l’énergie des animaux de trait. Quelques chiffres: La production nécessite une quantité croissante d’énergie non-renouvelable et/ou renouvelable • combustions , énergie nucléaire • hydraulique, éolienne, géothermique, solaire... Les combustibles fossiles organiques (année 2001) • matière première de l'industrie chimique et source d'énergie la plus utilisée dans le monde (85%) • pétrole : au niveau mondial, la source d'énergie la plus importante, 35%, • gaz naturel (23%) • charbon (24%) dont lignite, tourbes et dérivés gaz et goudrons hydroélectricité (2%) et renouvelables (6%) dont • le carbone de la biomasse, bois fondamental en utilisation locale • et dérivés : charbon de bois, gaz et goudrons, alcools … Le combustible fossile nucléaire • uranium (7%) Sources d’énergie Industrie chimique grande consommatrice d ’énergie Produits énergétiques utilisés à la fois comme : Sources des énergies nécessaires au fonctionnement des unités de production Matières premières dans de nombreux procédés de la chimie lourde Besoins en énergie : mécanique, électrique, thermique <- T opératoires T ambiante <- changements de phases Naphta : charge dans les vapocraqueurs Gaz naturel : synthèse de l’ammoniac Coke : fabrication de phosgène … Sources d’énergie : - substances (combustibles fossiles, corps radioactifs), - phénomènes (soleil, chute d’eau, vent, marée) -> travail mécanique ou chaleur Consommation mondiale d’énergie primaire Unités de mesures et équivalence énergétiques L'unité officielle, dérivée du système international (SI), pour l'énergie est le joule. Cette unité est très faible pour mesurer les productions et consommations d'énergie à l'échelle mondiale : On préfère utiliser la tonne d'équivalent pétrole (tep) et plus souvent son multiple, le million de tonne d'équivalent pétrole (Mtep), Chaque type d'énergie possède son unité privilégiée, et c'est pour les agréger ou les comparer que l'on utilise les unités de base que sont le joule et le Mtep ou parfois le kWh, toute énergie primaire étant assez souvent convertie en électricité. Pétrole : Mtep Gaz naturel : British Thermal Unit (btu) Charbon : tonne équivalent charbon (tec) Électricité : kilowatt-heure (kWh) Dans le domaine des ressources et consommation énergétiques mondiales, les unités énergétiques sont souvent préfixées pour indiquer des multiples : péta (P) = 1015 ; téra (T) = 1012 giga (G) = 109 méga (M) = 10 6 Unités fondamentales : Unités fondamentales : 1 tonne d'équivalent pétrole (tep) = 41,855 GJ, (par convention arrondie à 42 GJ) 1 tonne équivalent charbon (tec) = 29,307 GJ 1 kilowatt-heure (kWh) = 3,6 MJ 1 British thermal unit (btu) = 1 055,6 J 1 calorie (cal) = 4,1855 J 1 tonne d'équivalent pétrole (tep) = 11 628 kWh = 1,4286 tec ( pour le charbon) 1 tonne d'équivalent pétrole (tep) = 1 000 m3 de gaz = 7,33 barils de pétrole (équivalence conventionnelle du point de vue énergétique) 1 Mégawatt-heure (MWh) = 0,086 tep Le pétrole est un liquide d'origine naturelle, une huile minérale composée d'une multitude de composés organiques, essentiellement des hydrocarbures, L'exploitation de cette source d'énergie uploads/Management/ ressources-energetique-partie1-intro-petrole 1 .pdf