Conversion et transfert d'énergie : Cours complet

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CONVERSION ET TRANSFERT D’ENERGIE
PROGRAMME
Chapitre I : Généralités sur la conversion et le transfert d’énergie
Chapitre II : Rappels des notions de thermodynamique
Chapitre III : Conversion d’énergie dans les centrales thermiques à flamme
Chapitre IV : Conversion et transfert d’énergie dans les moteurs à combustion interne
Chapitre V : Conversion et transfert d’énergie dans les moteurs à combustion externe
Chapitre VI : Conversion d’énergie dans les systèmes à ressources renouvelables

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Chapitre I : GENERALITES SUR LES RESSOURCES ENERGETIQUES
Le mot « énergie » vient de terme grec « energeia » qui signifie travail ou force en
action. L’énergie est la capacité d’un système à produire des actions, générer un
mouvement, de la lumière ou de la chaleur, changer la température ou transformer la
matière. L’énergie est un élément fondamental de nos sociétés. Elle est extraite des
ressources primaires, transportée, transformée, stockée, ... etc. Depuis l’aube de
l’humanité les ressources primaires exploitées ont été le bois, les fossiles (charbon, gaz,
pétrole) transformées via des combustions et plus récemment l’uranium à travers la
fission nucléaire, l’énergie mécanique des cours d’eau et du vent a été mise à
contribution. Ce chapitre présente les différentes ressources énergétiques existantes
et donne une description de chacune d’entre elles. Il aborde aussi les notions de
conversion d’énergie et de transfert d’énergie.
1 Différentes ressources énergétiques primaires
Une ressource énergétique primaire est une source d’énergie directement
collectée de la nature et qui n’a pas encore été transformée en une autre forme
d’énergie.
Les différentes sources d’énergie peuvent être classées en deux grands groupes :
Les ressources fossiles (non renouvelables) et les ressources renouvelables
1.1 Les ressources fossiles (non renouvelables)
Les énergies fossiles qui comprennent le charbon, le pétrole et le gaz sont issues
de la matière vivante végétale ou animale. Ces énergies contiennent du carbone dont
la combustion génère de l’énergie et produit du gaz carbonique. Elles sont présentes
en quantité limitée et non renouvelables. Il existe de nombreuses énergies fossiles dont
les plus utilisées sont :

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1.1.1 Le pétrole
Le pétrole est une substance liquide visqueuse composée principalement
d’hydrocarbures, formée à partir de la décomposition de matières organique sur des
millions d’années. Le pétrole est une roche liquide carbonée, une huile minérale
composée d’hydrocarbures et de divers composés organiques piégés dans des
conditions 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,
gasoil, essence, GPL, kérosène, …).
1.1.2 Le charbon
Comme le pétrole, le charbon est une énergie fossile. Il s’agit d’une roche
sédimentaire combustible formée à partir de la décomposition de la matière organique,
principalement des plantes, sur des millions d’années dans des environnement
marécageux Sa formation a débuté il y a 350 millions d’années par la transformation
profonde de la matière organique végétale. Il se compose principalement du carbone,
mais contient également des quantités variables d’hydrogène, de soufre, d’azote et
d’autres éléments.
1.1.3 Le gaz naturel
Le gaz naturel est issu d’un processus complexe. Il est composé principalement
du méthane, mais peut également contenir d’autres hydrocarbures et impuretés
comme le CO2 et l’azote. Il se forme à partir de la décomposition de la matière
organique enfouies sous terre pendant des millions d’années L’utilisation de celui-ci
est assez récente et est en plein développement. Le gaz rejette moins de CO2 dans
l’atmosphère. De plus on remarque même que, si sa combustion était parfaite et totale,
il n’y aurait que de rejet d’eau et CO2.

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1.2 Les ressources renouvelables
Les ressources renouvelables sont des ressources inépuisables à très long terme,
car elles sont issues directement ou non de l’énergie du soleil, de la terre ou de la
gravitation. Les différentes ressources énergétiques renouvelable sont :
1.2.1 Energie 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 des logements par le soleil
1.2.2 Energie éolienne
L’énergie éolienne est une forme d’énergie renouvelable qui utilise la force du vent
au moyen d’un dispositif aérogénérateur comme une éolienne ou un moulin à vent.
L’énergie éolienne peut être utilisée de 2 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 produire du courant continu ou alternatif.
1.2.3 Energie hydraulique
L’énergie hydraulique est une forme d’énergie renouvelable qui exploite la force
de l’eau en mouvement pour produire de l’électricité. Elle est généralement générée
par des barrages ou des installations hydroélectriques, où l’eau d’une rivière ou d’un
réservoir est dirigée à travers des turbines. Lorsque l’eau passe à travers les turbines,
elle les fait tourner, ce qui entraine un générateur électrique qui convertit l’énergie
mécanique en énergie électrique.

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1.2.4 La géothermie
L’énergie géothermique est une forme d’énergie renouvelable qui exploite la
chaleur provenant de l’intérieur de la terre. Cette chaleur peut être utilisée pour
produire de l’électricité ou pour le chauffage direct. 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 30oC/km de profondeur et le flux
géothermique associé est de 60 000 W/m2. Ces valeurs varient moyennes varient en
fonction de la nature du sol et la proximité d’une zone instable telle qu’une faille
géologique, zone volcanique.
1.2.5 La biomasse
La biomasse désigne l’ensemble des matières organiques d’origine végétale ou
animale qui peuvent être utilisées comme source d’énergie. Cela inclut des résidus
agricoles, des déchets forestiers, des déchets alimentaires, ainsi que des cultures
énergétiques spécifiquement cultivées. La biomasse peut être convertie en énergie par
divers procédés, tels que la combustion, la fermentation, ou la gazéification pour
produire de la chaleur, de l’électricité ou des biocarburants. Elle est considérée comme
une source d’énergie renouvelable, car elle peut se régénérer naturellement et
contribue à réduire naturellement les émissions de gaz à effet de serre lorsqu’elle est
utilisée de manière durable.
2 Conversion d’énergie et transfert d’énergie
2.1 Conversion d’énergie
La conversion d’énergie est un processus par lequel une forme d’énergie est
transformée en une autre.
Exemple : Energie chimique (dans le aliments) convertie en énergie cinétique
(lorsque nous bougeons)