Introduction à la thermodynamique ING316. Professeur Marcel Lacroix Université de Sherbrooke

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1 Introduction à la thermodynamique ING316 Professeur Marcel Lacroix Université de Sherbrooke

2 Indice de développement humain M. Lacroix Énergie au quotidien 2

3 Électricité consommée Pays kwh/(pers x Jour) IDH Rang Norvège 65 0,944 1 Canada 43 0,902 8 USA 36 0,914 5 Corée Sud 28 0, Belgique 22 0, France 20 0, Chine 10 0, Inde 2 0, Haiti 0,14 0,

4 MATIÈRE GÉNIE ÉNERGIE INFORMATION M. Lacroix Introduction 33 M. Lacroix Introduction 4

5 Sources d énergie 1.Soleil 2.Charbon 3.Pétrole 4.Gaz 5.Nucléaire

6 Vecteurs d énergie 1.Électricité 2.Hydrogène 3.Éthanol 4.Biodiésel 5.Plutonium

7 Formes d énergie 1.Potentielle 2.Cinétique 3.Chaleur 4.Travail 5.Etc.

8 Énergies primaire, finale et utile Énergie primaire Charbon, gaz, uranium Énergie finale Électricité Énergie utile Lumière, chaleur, travail Pétrole Essence Travail 8

9 Énergies renouvelables et non Renouvelables: hydraulique, solaire, éolienne, biomasse, géothermie, océan, marée motrice et vagues. Non renouvelables: combustibles fossiles (charbon, pétrole, gaz) et matières fissiles (uranium). M. Lacroix Introduction 9

10 Production de travail Énergie potentielle élevée Machine Travail produit Énergie potentielle basse M. Lacroix Introduction 10

11 Différence de potentiel Gravitationnel Thermique Chimique Machine Turbine hydraulique Turbine à vapeur Moteur à combustion Fluide Eau Vapeur Essence/air Électrique Moteur Électrons électrique M. Lacroix Introduction 11

12 Production d énergie potentielle Énergie potentielle élevée Machine Travail consommé Énergie potentielle basse M. Lacroix Introduction 12

13 Différence de potentiel Machine Fluide Gravitationnel Pompe Eau Thermique Thermopompe Réfrigérant Mécanique Compresseur Gaz M. Lacroix Introduction 13

14 Comment serait la vie quotidienne sans électricité et sans Pétrole? Que mangerait-on? Comment se chaufferait-on? Comment se déplacerait-on? La vie serait misérable! M. Lacroix Introduction 14

15 POURQUOI S INTÉRESSER À L ÉNERGIE? Dans tous les phénomènes, organismes, dispositifs, machines, systèmes et procédés, il y a inévitablement conversion d au moins une forme d énergie en une autre. M. Lacroix Introduction 15

16 Conversion d énergie d une forme à une autre M. Lacroix Introduction 16

17 DE MÉCANIQUE À MÉCANIQUE Engrenages Piston Transmission M. Lacroix Introduction 17

18 DE MÉCANIQUE À ÉLECTRIQUE Dynamo Générateur Alternateur M. Lacroix Introduction 18

19 DE MÉCANIQUE À CHALEUR Freins à disques M. Lacroix Introduction 19

20 DE CHALEUR À MÉCANIQUE Turbines à gaz Locomotive à vapeur M. Lacroix Introduction 20

21 DE CHALEUR À CHALEUR Échangeurs de chaleur M. Lacroix Introduction 21

22 DE CHALEUR À ÉLECTRIQUE Thermocouple Pile thermoélectrique Réfrigérateur thermoélectrique M. Lacroix Introduction 22

23 DE ÉLECTRIQUE À MÉCANIQUE Moteurs électriques M. Lacroix Introduction 23

24 DE ÉLECTRIQUE À CHALEUR M. Lacroix Introduction 24

25 DE ÉLECTRIQUE À CHIMIQUE Chargement d une batterie Électrolyse M. Lacroix Introduction 25

26 DE CHIMIQUE À MÉCANIQUE Moteurs à combustion interne M. Lacroix Introduction 26

27 DE CHIMIQUE À ÉLECTRIQUE Déchargement d une batterie Piles à combustible M. Lacroix Introduction 27

28 DE CHIMIQUE À CHALEUR M. Lacroix Introduction 28

29 DE SOLAIRE À MÉCANIQUE Moudre le grain Déplacement M. Lacroix Introduction 29

30 DE SOLAIRE À ÉLECTRIQUE Cellules photovoltaïques M. Lacroix Introduction 30

31 DE SOLAIRE À CHALEUR Capteurs solaires M. Lacroix Introduction 31

32 DE SOLAIRE À CHIMIQUE Photosynthèse M. Lacroix Introduction 32

33 DE NUCLÉAIRE À CHALEUR Réacteurs nucléaires M. Lacroix Introduction 33

34 CONVERSION SOLAIRE - ÉNERGIE POTENTIELLE ÉNERGIE CINÉTIQUE - MÉCANIQUE - ÉLECTRICITÉ Centrale hydroélectrique M. Lacroix Introduction 34

35 CONVERSION SOLAIRE MÉCANIQUE - ÉLECTRICITÉ Parc d éoliennes M. Lacroix Introduction 35

36 CONVERSION NUCLÉAIRE - CHALEUR MÉCANIQUE - ÉLECTRICITÉ Centrale nucléaire M. Lacroix Introduction 36

37 ÉNERGIE: CONSTAT NO. 1 L énergie n est ni produite ni détruite. La quantité totale d énergie dans l univers demeure constante. L énergie peut toutefois être transformée d une forme à une autre. C est le principe de conservation d énergie:1 ère loi de la thermodynamique. M. Lacroix Introduction 37

38 ÉNERGIE: CONSTAT NO. 2 Chaque fois que de l énergie est transformée d une forme à une autre, sa qualité diminue. Ce constat est la 2 ième loi de la thermodynamique. M. Lacroix Introduction 38

39 OBJECTIFS Combien d énergie peut être transformée d une forme à une autre est l objet du cours de thermodynamique ING316. Comment l énergie peut-être transformée d une forme à une autre est l objet du programme de génie. M. Lacroix Introduction 39

40 UNITÉS D ÉNERGIE COURANTES kwh (kilowatt heure) BTU (British Thermal Unit) cal (calorie) tep (tonne équivalent pétrole) tec (tonne équivalent charbon) 3,6 x 10 6 Joules Joules 4,186 Joules 4,186 x Joules 2,93 x Joules M. Lacroix Introduction 40

41 UNITÉS DE CONVERSION UTILES 1 gallon U.S. 3,79 litres 1 baril ~ 159 litres 1 litre d essence ~ 10 kwh 1 ch ~ 745 W M. Lacroix Introduction 41

42 POINTS DE REPÈRE: ÉNERGIE Soulèvement d une masse de 1 kg d une hauteur de 1 m Un litre d eau du robinet chauffée à C Métabolisme adulte/jour Maison unifamiliale 140 m 2 (consommation moyenne/jour) Voiture (par litre consommé) ~ 10 J ~400 kj (0,11 kwh) ~ kj (2,4 kwh) ~ kj (60 kwh) ~ kj (10 kwh) M. Lacroix Introduction 42

43 POINTS DE REPÈRE: PUISSANCE Adulte au repos Athlète (lutte olympique) Ampoule électrique Séchoir à cheveux Maison unifamiliale (120V, 200A) Moteur de voiture (135 cv) ~ 100 W ~ 1000 W ~ 100 W ~ 1500 W ~ 24 kw ~ 100 kw M. Lacroix Introduction 43

44 POINTS DE REPÈRE: FLUX DE CHALEUR Peau humaine (100 W sur 2 m 2 ) ~ 50 W/m 2 Soleil intense (à midi, l été) ~ 1 kw/m 2 Ampoule électrique de 100W ~ 10 kw/m 2 Puce électronique ~ 100 à 1000 kw/m 2 M. Lacroix Introduction 44

45 PUISSANCE ET FLUX 1 500W 100W 1 000W 100kW 1kW/m 2 10kW/m 2 100kW/m 2 M. Lacroix Introduction 45

46 LIVRE OBLIGATOIRE M. Lacroix 46

47 LIVRE RECOMMANDÉ M. Lacroix Introduction 47

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