Introduction à la thermodynamique ING316 Professeur Marcel Lacroix Université de Sherbrooke
Indice de développement humain M. Lacroix Énergie au quotidien 2
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 0,891 15 Belgique 22 0,881 21 France 20 0,884 20 Chine 10 0,719 91 Inde 2 0,586 135 3 Haiti 0,14 0,471 168
MATIÈRE GÉNIE ÉNERGIE INFORMATION M. Lacroix Introduction 33 M. Lacroix Introduction 4
Sources d énergie 1.Soleil 2.Charbon 3.Pétrole 4.Gaz 5.Nucléaire
Vecteurs d énergie 1.Électricité 2.Hydrogène 3.Éthanol 4.Biodiésel 5.Plutonium
Formes d énergie 1.Potentielle 2.Cinétique 3.Chaleur 4.Travail 5.Etc.
Énergies primaire, finale et utile Énergie primaire Charbon, gaz, uranium Énergie finale Électricité Énergie utile Lumière, chaleur, travail Pétrole Essence Travail 8
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
Production de travail Énergie potentielle élevée Machine Travail produit Énergie potentielle basse M. Lacroix Introduction 10
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
Production d énergie potentielle Énergie potentielle élevée Machine Travail consommé Énergie potentielle basse M. Lacroix Introduction 12
Différence de potentiel Machine Fluide Gravitationnel Pompe Eau Thermique Thermopompe Réfrigérant Mécanique Compresseur Gaz M. Lacroix Introduction 13
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
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
Conversion d énergie d une forme à une autre M. Lacroix Introduction 16
DE MÉCANIQUE À MÉCANIQUE Engrenages Piston Transmission M. Lacroix Introduction 17
DE MÉCANIQUE À ÉLECTRIQUE Dynamo Générateur Alternateur M. Lacroix Introduction 18
DE MÉCANIQUE À CHALEUR Freins à disques M. Lacroix Introduction 19
DE CHALEUR À MÉCANIQUE Turbines à gaz Locomotive à vapeur M. Lacroix Introduction 20
DE CHALEUR À CHALEUR Échangeurs de chaleur M. Lacroix Introduction 21
DE CHALEUR À ÉLECTRIQUE Thermocouple Pile thermoélectrique Réfrigérateur thermoélectrique M. Lacroix Introduction 22
DE ÉLECTRIQUE À MÉCANIQUE Moteurs électriques M. Lacroix Introduction 23
DE ÉLECTRIQUE À CHALEUR M. Lacroix Introduction 24
DE ÉLECTRIQUE À CHIMIQUE Chargement d une batterie Électrolyse M. Lacroix Introduction 25
DE CHIMIQUE À MÉCANIQUE Moteurs à combustion interne M. Lacroix Introduction 26
DE CHIMIQUE À ÉLECTRIQUE Déchargement d une batterie Piles à combustible M. Lacroix Introduction 27
DE CHIMIQUE À CHALEUR M. Lacroix Introduction 28
DE SOLAIRE À MÉCANIQUE Moudre le grain Déplacement M. Lacroix Introduction 29
DE SOLAIRE À ÉLECTRIQUE Cellules photovoltaïques M. Lacroix Introduction 30
DE SOLAIRE À CHALEUR Capteurs solaires M. Lacroix Introduction 31
DE SOLAIRE À CHIMIQUE Photosynthèse M. Lacroix Introduction 32
DE NUCLÉAIRE À CHALEUR Réacteurs nucléaires M. Lacroix Introduction 33
CONVERSION SOLAIRE - ÉNERGIE POTENTIELLE ÉNERGIE CINÉTIQUE - MÉCANIQUE - ÉLECTRICITÉ Centrale hydroélectrique M. Lacroix Introduction 34
CONVERSION SOLAIRE MÉCANIQUE - ÉLECTRICITÉ Parc d éoliennes M. Lacroix Introduction 35
CONVERSION NUCLÉAIRE - CHALEUR MÉCANIQUE - ÉLECTRICITÉ Centrale nucléaire M. Lacroix Introduction 36
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
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
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
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 1 055 Joules 4,186 Joules 4,186 x 10 10 Joules 2,93 x 10 10 Joules M. Lacroix Introduction 40
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
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 100 0 C Métabolisme adulte/jour Maison unifamiliale 140 m 2 (consommation moyenne/jour) Voiture (par litre consommé) ~ 10 J ~400 kj (0,11 kwh) ~ 8 600 kj (2,4 kwh) ~ 216 000 kj (60 kwh) ~ 36 000 kj (10 kwh) M. Lacroix Introduction 42
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
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
PUISSANCE ET FLUX 1 500W 100W 1 000W 100kW 1kW/m 2 10kW/m 2 100kW/m 2 M. Lacroix Introduction 45
LIVRE OBLIGATOIRE M. Lacroix 46
LIVRE RECOMMANDÉ M. Lacroix Introduction 47