Dr. M hamed Hammoudi
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- Patrick Blanchard
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1 Dr. M hamed Hammoudi
2 II. LES DIFFERENTES FORMES D ENERGIE: 1 / Introduction : Qu est ce que l énergie? 2 / Transformation d énergie : 3 / Conservation de l énergie : 2
3 III. LES DIFFERENTES FORMES D ENERGIE: 1 / Introduction : Qu est ce que l énergie? L'énergie est difficile à définir simplement autrement qu'à travers ses effets et ses variations : pour le transport, pour le chauffage des habitations, pour l'industrie, pour l'éclairage et autres appareils électriques... Un système possède donc de l'énergie s'il est capable de fournir du travail mécanique ou son équivalent... thermique mécanique lumineuse électrique chimique 3
4 De la Consommation Primaire à la Consommation Finale La Consommation Primaire correspond a la somme des sources d énergie a l état brut (bois, charbon, pétrole ou gaz a la tête du puits), avant transformation physique ou chimique La plupart sont au minimum lavées et calibrées (charbons), désulfurées voir liquéfiées (gaz naturel), carbonisées (bois), gazéifiées (biomasse humide), raffinées (pétrole brut). Énergie Primaire Transformation Énergie Secondaire Transport / Stockage Énergie Finale Conversion Finale Énergie Utile Techniquement adaptées, les sources secondaires ne sont pas forcement disponibles chez le consommateur final pour des raisons de localisation spatiale des installations ou de modulation temporelle des productions. Elles doivent être transportées et stockées. Principalement imputables au réseau électrique, lespertesréduisentle contenu énergétique des sources finales a environ 70% de celui des sources primaires. 4
5 La complexité ne s arrête pas la. Les économistes distinguent aussi l énergie finale et l énergie primaire. Énergie Finale L énergie finale est celle utilisée par l utilisateur final, peu importe l usage qu il en fait. Par exemple l usage final de l électricité se mesure en kwh, qu il s agisse du chauffage des locaux ou des aliments ou du fonctionnement d un ordinateur. Le kwh utilisé avec des ampoules électriques standard est le même que celui utilise avec des lampes a faible consommation même si, dans ce dernier cas, la quantité de lumière émise est cinq fois plus importante. Une installation de chauffage électrique de 1kWfonctionnant continument pendant un an conduit a une énergie finalede 8,76 MWh,soit,0,75 tep 5
6 Chaine des Conversions / Transformation Energétique Les sources secondaires sont mieux adaptées aux demandes des utilisateurs finals. La diversité des produits pétroliers a la sortie du raffinage (essence, gas oil,fuel oil). 6
7 Les Mesures de l Énergie Pour le physicien l énergie se mesure simplement en joules ou en ses multiples : Méga, Giga, Téra (soit 1000 gigas). Pour l électricien on utilisera plutôt le watt heure ou ses multiples. Un watt heure (Wh) vaut 3600 joules. Mais tout cela est trop simple pour les économistes! Ils utilisent généralement comme unité pratique la tonne équivalent pétrole (tep) qui est l énergie dégagée par la combustion d une tonne de pétrole. Ce pétrole est d ailleurs un pétrole théorique qui veut représenter une composition moyenne du pétrole. Une tep vaut environ 42 giga joules (GJ). On obtient alors le tableau de correspondance suivant : Les combustibles fossiles ont différentes valeurs énergétiques mesurées en tep 7
8 Énergie Primaire L énergie primaire est, en principe, l énergie nécessaire pour produire l énergie finale. A titre d exemple considérons la production d électricité a l aide d une centrale au fuel. Soit le cas d une installation de chauffage électrique consommant une énergie finale E F =8,76MWh,soit0,75 tep par an. Le courant est produit par une centrale qui a un rendement R. Des pertes P sont inévitables pendant le transport depuis la centrale jusqu au lieu d utilisation. Il s ensuit que l énergie primaire, E R, qu il faut dépenser pour fournir E F E donnée par : E l AIE choisit R(1 P) = 0,33 R 1 P est Il s ensuit que dans le cas de notre exemple l énergie primaire consommée sera 2,25 tep par an L AIE, préconise des valeurs différentes pour le facteur R(1 P) dépendant de la technique utilisée pour produire l électricité. Si le facteur est pris égal a 0,33 pour les combustibles fossiles et nucléaire, il est pris égal a l unité pour l hydroélectricité, l éolien et le photovoltaïque. Alors que pour la Géothermie elle est de 0,1. 8
9 Le coefficient de l électricité définit par l AIE pour les trois cas suivant est : L électricité produite par une Centrale Nucléaire est comptabilisée selon la méthode de l équivalent primaire a la production, avec un rendement théorique de conversion des installationségal a 33%, soit un coefficient de substitution de 0,086/0,33 = 0,2606 tep/mwh L électricité produite par une Centrale Géothermique est comptabilisée selon la méthode de l équivalent primaire a la production, avec un rendement théorique de conversion des installations égal a 10%, soit un rendement de substitution de 0,86 tep/mwh. L électricité produite par une Centrale Thermique classique, hydraulique, éolienne, marémotrice, photovoltaïque..., les échanges avec l étranger, la consommation finale sont comptabilisées avec le coefficient 0,086 tep/mwh. 9
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11 2 / Transformation d énergie : Exemple : Énergie consommée Énergie utile fournie ÉNERGIE ELECTRIQUE Radiateur électrique Lampe électrique Moteur électrique Accumulateur en charge Transformateur THERMIQUE (chaleur) RAYONNANTE (lumière) MECANIQUE (travail) CHIMIQUE ELECTRIQUE 11
12 3 / Conservation de l énergie : a) Enoncé du principe : l énergie totale d un système isolé reste constante. b) Exemple d application : moteur électrique W a ÉNERGIE ELECTRIQUE ABSORBEE Moteur Électrique W mu ENERGIE MECANIQUE UTILE ENERGIE THERMIQUE (effet joule) W j W f ENERGIE MECANIQUE (frottements) W a = W j +W f +W um c) Rendement : c est le rapport entre l énergie utile en sortie du convertisseur et l énergie reçue par celui ci. = W utile / W absorbée Rem : Cette grandeur est sans unité, et peut s exprimer en %. Exemple : 38% pourune centrale électrique thermique 40% pour un moteur à essence 5% pour une ampoule classique 12
13 4 / Estimation de la Consommation de l énergie Électrique = Eu: /j 1000 /mois 30 /an 365 0,086 E
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15 Une lampe Basse consommation éclaire de la même manière qu une Lampe normale mais consomme 5 fois moins que celle ci (100 W Normale est équivalente a 20 W Basse Conso) Un réglage sur 5 C suffit pour conserver les aliments au Réfrigérateur et 18 C au Congélateur 1 C en moins dans mon frigo c'est 5% d'énergie consommée en plus! Une couche de 3 mm de givre, c'est 30% d'énergie consommée en plus! 80% de l'énergie consommée par un lave linge sert à chauffer l'eau! Un cycle a 60 C consomme 2 fois plus qu un cycle a 30 C En branchant les appareils qui impliquent des veilles sur des multiprises à interrupteurs on peut couper cours à toutes ces consommations facilement et en un seul geste 15
16 Différentes notions de calcul de consommation d énergie Énergie utile (Eu) :énergie nécessaire pourcouvrirlesbesoins (du bâtiment parexemple). Énergie finale : énergie totale consommée (après considération du rendement des systèmes) (Ef = Eu/rendement de l installation) = Avec = 0.80 = 80% il s agit de cette quantité qui sera réellement facturée. Énergie secondaire : énergie à la fin du cycle de transformation, avant distribution, stockage. (Es = Ef + pertes en ligne) = Ef *(1+Etaperte) Avec Eta Perte = 5% Énergie primaire : forme d énergie disponible dans la nature avant toute transformation, transport (Ep = Es * facteur de transformation) Pour convertir une consommation d énergie utile ou finale en énergie primaire, un coefficient de conversion est nécessaire. Celui ci est déterminé en fonction de la source d énergie primaire, ainsi que de l analyse de la production d énergie secondaire et des pertes de stockage et de transport. Une autre formulation est Ep=K*Ef AvecK=2,58(France), K=2,7(Almagne) 16
17 5 / Estimation des différentes Énergies : Énergie Utile Énergie Finale = 82,14/0,8 = 102,675 Énergie Secondaire (1+0,05) = 107,808 Énergie Primaire kwh/j 2,58 107,808 = 278,146 Énergie Primaire Tep Tep 0, , ,146 0,0222 / Émission de CO2 2 Tonne 0,0222 0,653 = 0,0 145 T de CO2 17
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