Énergie électrique et impacts environnementaux : Centrales thermiques

ENERGIE ELECTRIQUE ET SES IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX
CHAPITRE 3 : RAPPEL SUR les CENTRALES ELECTRIQUES THERMIQUES CLASSIQUES ET IDENTIFICATION DES IMPACTS
ENVIRONNEMENTAUX
[2ème Edition (2023)]
1
Support de cours
Prof. AJAVON Ayité Sénah Akoda/EPL/CERME (UL)
DEUXIEME PARTIE
RAPPEL SUR LES SOURCES DE PRODUCTION DE
L’ENERGIE ELECTRIQUE ET IDENTIFICATION DES
IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX

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ENVIRONNEMENTAUX
[2ème Edition (2023)]
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CHAPITRE 3 :
CENTRALES ELECTRIQUES THERMIQUES A FLAMME ET
IDENTIFICATION DES IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX
3.1. RAPPEL SUR QUELQUES NOTIONS DE LA THERMODYNAMIQUE
La relation liant les paramètres d’un gaz parfait est la formule de Clapeyron. Elle est aussi appelée
équation d’état.
   (3.1)
où :
p – la pression du gaz en [],
V – le volume du gaz en [],
G – la masse du gaz en [kg],
R – la constante du gaz en [],
T – la température du gaz en ].
Cette équation peut être appliquée avec approximation aux gaz réels (O2, N2, CO, CO2…) et même
pour les vapeurs d’eaux surchauffées en utilisant la constante de gaz R déduite de la formule :
 (3.2)
où :
μ – la masse d’un kilomole de gaz en [kg.mol-1].
La chaleur fournie au facteur (agent) thermodynamique pendant sa conversion de l’état (1) à l’état
(2) s’exprime par la relation :
 (3.3)
où :
c – la chaleur spécifique en [J.kg-1.K-1],
avec :
. (3.4)

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Puisque la chaleur spécifique dépend de la manière dont la chaleur a été fournie, c’est à dire de la
nature de la conversion qu’a subi l’agent thermodynamique, on distingue deux types de
conversions pour lesquelles on peut déterminer la valeur de la chaleur spécifique, à savoir :
• la chaleur spécifique à pression constante :
 (3.5)
• la chaleur spécifique à volume constant :
 (3.6)
Le facteur thermodynamique en changeant son propre état pendant la conversion (de l’état (1) à
l’état (2)), effectue à cet effet un travail absolu exprimé par l’expression :
 (3.7)
Cette expression résulte directement de la définition du travail mécanique qu’on aurait appliqué au
facteur thermodynamique ayant un volume  et qui pendant la conversion aurait varié de  en
déplaçant de  l’élément de surface S qui l’entoure. On peut alors exprimer le travail L1-2 par la
relation :
 (3.8)
où :
F – la force issue le la pression p agissant sur la surface S en [N].
Pendant la conversion, l’énergie interne du facteur thermodynamique varie aussi de la valeur U1 à
la valeur U2. Cette variation peut s’exprimer par :
 (3.9)
où :
 – l’énergie interne du facteur thermodynamique en 
L’utilisation du principe de la conservation de l’énergie pour effectuer le bilan des trois grandeurs
énergétiques conduit à la première forme du premier principe de la thermodynamique.
     (3.10)
L’expression (3.10) peut s’écrire sous la forme :

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     (3.11)
ou bien pour un (01) kilogramme de masse de facteur thermodynamique,
     (3.12)
où :
les symboles en minuscule expriment respectivement les grandeurs spécifiques, c’est à
dire ramenée à 1 kg de masse.
A côté de la notion de travail absolue (3.7) il existe en thermodynamique la notion de travail
technique, c’est à dire que le travail que le facteur thermodynamique peut effectuer pendant la
conversion de son état. C’est donc le travail absolu diminué du travail lié à la compression du
facteur thermodynamique.
     (3.13)
L’expression (3.13) peut s’écrire,
            (3.14)
En formulant le rapport différentiel 
 et quand  tend vers zéro on a :
   (3.15)
puisque   ,
   (3.16)
Ainsi donc l’équation du travail technique peut prendre la forme :
 (3.17)
L’équation du premier principe de la thermodynamique (3.12) peut être exprimée donc sous une
forme différentielle :
    (3.18)
Sachant que      on obtient,
      (3.19)

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L’expression      est la dérivée de la fonction thermodynamique appelée enthalpie
dont l’équation de définition est :
     (3.20)
L’équation (3.19) qui peut alors prendre la forme :
   , (3.21)
est la deuxième forme du premier principe de la thermodynamique. Après intégration, cette
équation devient :
     (3.22)
En utilisant l’équation (3.5) on peut écrire que :
 (3.23)
en tenant compte du fait que :
   (3.24)
et que l’enthalpie est seulement fonction de la température, l’expression (3.23) devient,
 (3.25)
d’où :
    . (3.26)
A partir du deuxième principe de la thermodynamique, où on peut écrire l’équation concernant les
cycles réversibles,
  (3.27)
en découle l’équation de définition de l’entropie
 , (3.28)
c’est la fonction qui permet de définir la qualité du processus thermodynamique.