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Les Énergies Concept dénergie. Principes fondamentaux Premier Principe : Lénergie dun système isolé reste constante au cours du temps Il ne peut se créer.

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1 Les Énergies Concept dénergie

2 Principes fondamentaux Premier Principe : Lénergie dun système isolé reste constante au cours du temps Il ne peut se créer ni se détruire dénergie

3 Principes fondamentaux Termes impropres « Production » « Consommation » dénergie Dans tous les cas « Changement de forme » « transfert » dénergie

4 Principes fondamentaux Premier Principe : « Mon PC consomme de lénergie électrique » Énergie électrique Énergie lumineuse Énergie acoustique Chaleur Énergie cinétique des électrons de la cathode Énergie cinétique et potentielle de la membrane des hauts parleurs Effet joule

5 Principes fondamentaux Premier Principe : « Une centrale hydro-électrique produit de lénergie électrique » Énergie potentielle de leau Énergie cinétique de leau dans les conduites Énergie cinétique transférée aux turbines et rotor de lalternateur Énergie électrique Viscosité, frottements, chaleur Effet joule

6 Principes fondamentaux Premier Principe : « Une voiture consomme de lénergie ? … » Énergie chimique du carburant Chaleur Énergie cinétique Énergie mécanique frottements, résistance de lair, au roulement, … Effet joule Chaleur Énergie électrique Chaleur Énergie lumineuse +

7 Principes fondamentaux Premier Principe : Limite les possibilités technologiques (conservation dénergie, bilan équilibrés) Réduire les formes dénergies inutiles face à la forme dénergie que lon souhaite extraire ou utiliser

8 Principes fondamentaux Deuxième principe : Lentropie dun système isolé est, dans létat final supérieure (ou égale) à sa valeur dans létat initial Les processus pouvant intervenir dan un système isolé sont en général irréversibles : lorsquun processus est autorisé, le processus inverse est interdit Cest aussi une limite technologique Lentropie est caractérisée par la dissipation

9 Principes fondamentaux Deuxième principe : La transformation dénergie électrique ou mécanique saccompagne de chaleur La chaleur est une forme dégradée dénergie Lénergie électrique, lénergie mécanique sont des formes dénergies peuvent séchanger de façon réversibles (mettre en œuvre des processus réversibles) énergies nobles, non dégradées

10 Principes fondamentaux Deuxième principe : Les carburants libèrent de lénergie chimique (carburant) qui saccompagne de chaleur dissipation (augmentation de lentropie) Les piles ou accumulateurs libèrent de lénergie chimique qui se transforme en énergie électrique quasi réversible énergie chimique est une forme dénergie noble

11 Principes fondamentaux Principe de CARNOT : Plus les processus de transformation, de transfert sont rapides … Plus la dissipation est grande, Plus les énergies sont dégradées Plus les processus sont irréversibles « La dissipation totale J dépend des phénomènes physiques et processus mis en œuvre, elle est proportionnelle au temps t mis pour réaliser le processus … J = 1/t »

12 Principes fondamentaux Premier et deuxième principe : Lois de conservation, déroulement des processus, rendement maximale, équilibre, dissipation limites technologiques Les solutions technologique réversibles, ayant le meilleur rendement sont infiniment lentes Toute réalisation technologique est un compromis entre lamélioration du rendement et la réduction de la durée du processus

13 Hiérarchisation des énergies Interaction forte : associée à la cohésion des noyaux fusion, fission Interaction électromagnétique : associée : associée aux distances et liaisons entre particules chargées (électrons ou noyaux) + énergie cinétique des particules chimie, électrochimie, biochimie, dispositifs électroniques, photopiles, énergie calorifique, énergie électrique, magnétime, énergie radiative (solaire, lampe)

14 Hiérarchisation des énergies Interaction forte : associée à la cohésion des noyaux fusion, fission Interaction électromagnétique : associée : associée aux distances et liaisons entre particules chargées (électrons ou noyaux) + énergie cinétique des particules chimie, électrochimie, biochimie, dispositifs électroniques, photopiles, énergie calorifique, énergie électrique, magnétisme, énergie radiative (solaire, lampe)

15 Hiérarchisation des énergies Interaction gravitationnelle : associée à la gravité énergie potentielles, énergies hydro-électriques, énergie mécanique, cinétique dune éolienne, dune turbine Interaction faible : associée à la radioactivité (cachée mais importante) transformation de lénergie nucléaire en chaleur au sein du soleil

16 Comparaison concentration masses en jeu pour 1kWh Les plus concentrées = énergies nucléaire 10 microgramme duranium 1kWheure Le plus diluées = énergies gravitationnelle et mécanique Chute de 10 tonnes deau de h=40 m 1kWh m^3 dair arrivant à 60 km/h de façon régulière 1kWh

17 Comparaison Dégradation rendement Centrales thermiques gaz, fioul, charbon, nucléaire : 33 à 38% en électricité Piles photovoltaïques : 10% Pour quoi faire : ? 1/3 énergie totale est consacrée au chauffage domestique 1/4 énergie totale est consacrée aux transports

18 Comparaison Stockage des énergies Emmagasinées dans la matière Carburants, gaz, uranium 238, … Emmagasinée à partir de transformation de la matière Hydrogène extraite de leau par électrolyse Emmagasinée dans des dispositifs de stockage Barrage Ballon deau chaude Ressort condensateur chargé

19 Concept dénergie NEWTON (1700) : notion dénergie mécanique, de grandeur conservatrice LAPLACE, LAVOISIER (1769) : travaux sur la chaleur NEWCOMEN (1769) : brevet de la machine à vapeur LAGRANGE (1800): notion de forces vives COULOMB(1800) : notion de travail HAMILTON (1813) : somme de lénergie cinétique et de lénergie potentielle (hamiltonien)

20 Concept dénergie MONGE, FOURIER, CARNOT (1820) : premier et deuxième principes de la thermodynamique, approche analytique KELVIN (THOMSON)(1841) : emploie le terme énergie à la place de force OHM, SEEBECK, PELTIER (1827) : conduction électrique NAVIER (1825), STOCKS (1845) : équation de la physique continue

21 Concept dénergie HELMOLTZ (1880): importance de la conservation de lénergie, concept dénergie BECQUEREL, PM CURIE (1898) : radioactivité EINSTEIN (1905) : physique statistique quantique, relativité le terme dénergie napparaît en France dans la littérature scientifique quen 1875

22 Utilité, efficacité, productivité Lénergie nest utile que par rapport aux services quelle rend A service rendu équivalent les améliorations defficacité concernent toute la chaîne des conversions énergétiques Laugmentation de lefficacité énergétique passe par une diminution de lintensité énergétique, par des réductions de consommation dénergie primaire

23 Conversions énergétiques Extraction de ressources naturelles Énergie primaires Transformation physico chimiques Énergie secondaires Transport distribution Énergies finales Conversion finales Infrastructures et Conditions dutilisation Énergies utiles Services énergétiques 37%

24

25 Les mesures de lénergie UnitésGigajoule GJ GigaWattheure GWh Tonne équivalent pétrole Tep 1 GJ vaut 12,78x10-30, GWh vaut ,7 1 Tep vaut 420,01171

26 Parts relatives constantes, des accroissements en % importants

27 Des accroissements en % importants en amérique du nord, Chine, Asie, Moyen 0rient


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