Les sources et formes
d’énergie
2-Les formes
d’énergie
Dr Assil Torkia
Département Génie-Urbain
Promo6on 2023-2024
02 Objec(fs
•
•
•
•
•
Fournir une connaissance approfondie des différentes formes
d'énergie
Expliquer leurs applica8ons dans les contextes urbains, y compris le
chauffage, la clima8sa8on, les transports, l'électricité, les
bâ8ments, etc.
Sensibiliser les étudiants aux avantages et inconvénients de chaque
forme d'énergie en termes de durabilité et d'impact
environnemental.
Présenter les technologies émergentes et innovantes dans le
domaine de l'énergie, en les aidant à rester au fait des
développements récents.
Offrir aux étudiants des opportunités d'appliquer leurs
connaissances à travers des études de cas réels et des projets
concrets, les préparant ainsi à résoudre des problèmes
énergé8ques complexes.
0
1
Contenu de la présentation
Objec4fs du cours
Plan de travail
I. Introduction aux formes d'énergie
6 : Énergie Nucléaire
2. Énergie Mécanique
7 : Énergie Électrique
3. Énergie thermique ou calorifique
8 : Conversion et Stockage d'Énergie
4. Énergie chimique
9 : Innovations en Matière d'Énergie
5 . Énergie Rayonnante ou Lumineuse
10 : Exemples d’applications Pratiques
Conclusion
Courriel:
assil.torkia@univ-batna.dz
Vous pouvez télécharger ce cours à partir de la plateforme Moodlle:
Assil. Torkia
Défini/ons et concepts clés
01
Énergie
Est L'énergie est la capacité à accomplir un travail.
C'est une grandeur physique mesurable en joules
(J). Elle se présente sous différentes formes, telles
que l'énergie mécanique, thermique, chimique,
électrique, lumineuse, nucléaire
04
Conserva/on de l'Énergie
• stipule que l'énergie ne peut ni n’être créée
ni détruite, mais seulement transformée
d'une forme à une autre. Donc, la somme
totale de l'énergie reste constante dans un
système clos.
02
Forme d’énergie
• Une
forme d'énergie désigne une
catégorie spécifique d'énergie qui partage
des caractéristiques communes telle que
l'énergie cinétique est une forme
d'énergie associée au mouvement d'un
objet.
05
Efficacité Énergé/que
• mesure à quel point un système ou un
processus utilise l'énergie de manière
optimale, en minimisant les pertes. Plus
un système est efficace, moins il
gaspille d'énergie.
03
Conversion d'Énergie
• fait référence au processus de transformaDon
d'une forme d'énergie en une autre. Par
exemple, une turbine éolienne converDt
l'énergie cinéDque du vent en énergie électrique.
06
Transition Énergétique
fait référence à la transiDon d'une dépendance aux
énergies fossiles vers des sources d'énergie plus
durables et renouvelables
07
Stockage d'Énergie
implique la capture et la conservation (la rétension)
de l'énergie pour une utilisation ultérieure. Les
technologies de stockage d'énergie comprennent
les batteries, les super condensateurs, les réservoirs
d'eau pour l'énergie hydraulique, etc.
2.Énergie
Mécanique
L'énergie mécanique est une
forme d'énergie associée au mouvement
des objets ainsi qu'à leur position
relative. Elle est la somme de deux
composantes principales : l'énergie
cinétique (liée au mouvement) et
l'énergie potentielle (liée à la position).
Énergie
2.1 ciné-que
L'énergie cinétique (Kinetic energy KE) est
associée au mouvement d'un objet. Elle
dépend de la masse de l'objet (m) et de sa
vitesse (v). Plus un objet est massif et rapide,
plus son énergie cinétique est élevée.
La formule de l'énergie cinétique est la
suivante :
KE = 1/2 m v2
KE : l'énergie cinétique en joules (J).
m : la masse de l'objet en kilogrammes (kg).
V : la vitesse de l'objet en (m/s).
Énergie
2.2 Potentielle
L'énergie potentielle (PE Potentiel energy) est associée à la
position relative d'un objet par rapport à un point de
référence (dans un champ de force spécifique). Plus l'objet
est élevé ou éloigné de ce point de référence, plus son
énergie potentielle est élevée. L'expression de l'énergie
potentielle dépend du contexte (type)
2.2.1
Énergie Potentielle Gravitationnelle : C'est l'énergie
associée à la hauteur d'un objet par rapport à une référence.
Plus un objet est élevé par rapport au point de référence, plus
son énergie potentielle gravitationnelle est élevée. La
formule de l'énergie potentielle gravitationnelle est :
PE_grav = m * g * h
PE : grav représente l'énergie potentielle gravitationnelle en
joules (J).
m :est la masse de l'objet en kilogrammes (kg).
2.2.1 Énergie Poten.elle
de pesanteur
2.2.
Énergie Poten.elle
2 élas.que
C'est l'énergie associée à la hauteur d'un objet par
rapport à une référence. Plus un objet est élevé par rapport
au point de référence, plus son énergie potentielle
gravitationnelle est élevée.
C'est l'énergie stockée dans des objets élastiques, tels
que des ressorts ou des bandes de caoutchouc, lorsqu'ils sont
étirés ou comprimés. L'énergie potentielle élastique dépend
de la constante de raideur du ressort (k) et de la déformation
(x) par rapport à la position d'équilibre.
La formule de l'énergie
potentielle
gravitationnelle est :
La formule est la suivante :
PE_grav = m * g * h
PE grav représente l'énergie potentielle gravitationnelle en
joules (J).
m :est la masse de l'objet en kilogrammes (kg).
g : est l'accélération due à la gravité (environ 9,81 m/s² sur
Terre).
h : est la hauteur par rapport au point de référence en
mètres (m).
PE_élast = 1/2 * k * x2
PE_élast représente l'énergie potentielle élastique en joules
(J).
k est la constante de raideur du ressort en newtons par mètre
(N/m).
x est la déformation par rapport à la position d'équilibre en
mètres (m).
2.2.3 Énergie
Poten.elle
Chimique
C'est l'énergie stockée dans les
liaisons chimiques des molécules.
Lorsqu'une réaction chimique a lieu,
les liaisons chimiques se forment ou se
rompent, entraînant des changements
dans l'énergie potentielle chimique.
Cela peut être observé dans les piles et
les réactions chimiques.
2.2.4 Conversion d’é.
poten.elle en
é. ciné.que
La conversion d'énergie potentielle en énergie
cinétique est régie par le principe de conservation
de l'énergie, qui stipule que l'énergie totale d'un
système isolé reste constante. Ainsi, à mesure que
l'objet tombe, son énergie potentielle diminue,
tandis que son énergie cinétique augmente.
Lorsque l'objet touche le sol, toute son énergie
potentielle a été convertie en énergie cinétique, et il
atteint sa vitesse maximale.
2.2.5
Énergie mécanique Tot
L'énergie mécanique (mechanical energy) totale (EM) d'un objet est la
somme de son énergie cinétique et de son énergie potentielle.
L'expression générale pour l'énergie mécanique est la suivante :
ME = KE +PE
Applica'on de l'Énergie Mécanique :
Ø Transports : L'énergie mécanique est largement utilisée dans les
transports, que ce soit dans les moteurs à combustion interne des
véhicules, les moteurs électriques des trains, les systèmes de suspension
des véhicules, ou les systèmes de freinage.
Ø Énergie Éolienne : Les éoliennes convertissent l'énergie cinétique du
vent en énergie mécanique, qui est ensuite transformée en énergie
électrique.
Ø Énergie Hydraulique : Les centrales hydroélectriques utilisent l'énergie
mécanique de l'eau en mouvement pour générer de l'électricité.
Ø Systèmes de Levage : Les grues, les monte-charges et les ascenseurs
utilisent l'énergie mécanique pour soulever des charges lourdes.
Conservation de l'Énergie Mécanique : Selon le principe de conservation
de l'énergie, dans un système isolé (c'est-à-dire sans influence extérieure), l'énergie
mécanique totale reste constante. Cela signifie que l'énergie mécanique ne peut ni être créée
ni détruite, mais seulement transformée d'une forme à une autre.
L'énergie mécanique potentielle est stockée dans des dispositifs comme les ressorts, qui la
libèrent lorsque sollicités, par exemple, dans les montres à remontage automatique.
Impact de l'Énergie Mécanique :
Impact Environnemental : Les systèmes qui utilisent l'énergie mécanique peuvent avoir un impact environnemental
significatif, en particulier s'ils sont basés sur des énergies fossiles. Les émissions de gaz à effet de serre, les
déversements de pétrole, et d'autres effets nuisibles peuvent résulter de l'utilisation de l'énergie mécanique.
Efficacité Énergétique : L'efficacité des systèmes qui utilisent l'énergie
mécanique est un facteur clé. Des systèmes plus efficaces réduisent les pertes d'énergie,
économisent des ressources, et ont un impact environnemental moindre.
Sécurité : Les systèmes mécaniques doivent être conçus et exploités de manière à
minimiser les risques pour la sécurité des personnes et de l'environnement. Les
défaillances mécaniques peuvent avoir des conséquences graves.
Innovation et Durabilité : L'impact de l'énergie mécanique peut être réduit
grâce à des innovations technologiques visant à améliorer l'efficacité, à utiliser des sources
d'énergie renouvelable, et à minimiser les déchets et les émissions.
En résumé,
l'énergie mécanique est une forme d'énergie importante qui
se manifeste sous deux formes principales : l'énergie
cinétique liée au mouvement et l'énergie potentielle liée à
la position. Elle est essentielle dans de nombreuses
applications, mais son impact dépend de la manière dont
elle est utilisée. Dans le domaine du génie urbain, la
gestion efficace de l'énergie mécanique est cruciale pour la
durabilité
environnementale
infrastructures urbaines.
et
la
sécurité
des
3.Energie
thermique ou
calorifique
L'énergie thermique est une forme d'énergie
associée à la chaleur et à la température. Elle peut
être transférée d'un objet à un autre par conduction,
convection ou rayonnement thermique.
3.1Différence entre
température et
chaleur
La température est une grandeur scalaire et
s'exprime généralement en degrés Celsius (°C) ou
en kelvins (K), elle mesure l'agitation thermique des
particules dans un système, tandis que la chaleur
est l'énergie transférée d'un système à un autre en
raison d'une différence de température, Elle
s'exprime en joules (J) ou en calories (cal).
•
La température est une propriété intrinsèque de
la matière, tandis que la chaleur est une forme
d'énergie en transit.
Origine de l'énergie
thermique
L'énergie thermique peut avoir différentes origines, notamment :
•
la chaleur générée par la combustion de combustibles fossiles (comme le charbon, le pétrole ou le gaz naturel),
•
l'énergie solaire, qui capture la chaleur du soleil pour produire de la chaleur ou de l'électricité
•
l'énergie géothermique qui est exploite la chaleur naturelle de la terre
•
l'énergie nucléaire résultant de réactions nucléaires, et d'autres sources.
•
Sources d'énergie thermique renouvelable : Outre les combustibles fossiles, il existe des sources d'énergie
thermique renouvelable, telles que l'énergie solaire thermique, etc.
Conversion de l'énergie thermique : L'énergie thermique peut être convertie en d'autres formes
d'énergie, notamment en électricité par le biais de centrales électriques thermiques (à combustible fossile,
nucléaires ou solaires thermiques). Elle peut également être utilisée pour le chauffage dans les bâtiments, les
procédés industriels, et pour la production de vapeur dans des applications telles que la propulsion de turbines.
Efficacité énergétique : L'efficacité énergétique est un concept important dans l'utilisation de l'énergie
thermique. Il s'agit de maximiser la quantité d'énergie utile extraite de l'énergie thermique tout en minimisant
les pertes sous forme de chaleur résiduelle.
Des technologies telles que la cogénération et la récupération de chaleur sont utilisées pour améliorer
l'efficacité énergétique.
Conservation de l'énergie thermique : Pour minimiser les pertes d'énergie thermique, il est essentiel
d'isoler les systèmes, d'utiliser des matériaux et des techniques d'isolation appropriés, d'optimiser les systèmes
de chauffage, de refroidissement et de distribution, et d'adopter des pratiques écoénergétiques.
Applications dans les milieux urbains
L'énergie thermique dans les milieux urbains est une composante essentielle des systèmes énergétiques
urbains, car elle est utilisée pour le chauffage, la climatisation et la production d'eau chaude sanitaire dans
les bâtiments, les infrastructures et les installations industrielles. l'énergie thermique est utilisée et gérée
dans les environnements urbains comme suit :
v Chauffage urbain : Le chauffage urbain, ou chauffage district, est un système
qui fournit de la chaleur à de multiples bâtiments dans une zone urbaine à partir d'une source
d'énergie centrale.
v
Les sources d'énergie utilisées pour le chauffage urbain incluent le gaz naturel, le charbon, le
bois, la géothermie, la cogénération, et même la récupération de chaleur industrielle.
v
Ces sources d'énergie sont converties en chaleur dans des centrales de chauffage et distribuées
via un réseau de canalisations à travers la ville pour chauffer les bâtiments en hiver.
Exemple
Illustration d'un réseau de chauffage urbain alimentant plusieurs bâtiments en chaleur à partir
d'une centrale de production de chaleur. L'eau chaude est transportée à travers des
canalisations souterraines pour chauffer les immeubles en hiver.
Climatisation urbaine : elle est souvent associée au refroidissement district, fonctionne de manière
similaire au chauffage urbain, mais elle fournit du froid aux bâtiments pendant les mois chauds. Les centrales de
refroidissement utilisent généralement la compression de vapeur, la géothermie, la glace thermique, ou d'autres
technologies pour produire de l'air froid, qui est ensuite distribué à travers un réseau de canalisations.
Exemple : Schéma d'un système de
climatisation urbaine qui fournit de l'air
froid aux bâtiments en utilisant des
canalisations souterraines pour distribuer
l'air froid produit par des centrales de
refroidissement.
Cogénération et trigénération : Les systèmes de cogénération produisent simultanément de la chaleur et
de l'électricité à partir d'une seule source d'énergie. Les systèmes de trigénération ajoutent une troisième sortie en
produisant également de l'énergie mécanique, généralement sous forme d'air comprimé. Ces systèmes améliorent
l'efficacité énergétique et peuvent être utilisés pour alimenter des installations urbaines, telles que les hôpitaux et les
campus universitaires.
Exemple d’un système de cogénération produit simultanément de l'électricité, de la chaleur et, dans le cas de la
trigénération, de l'air comprimé pour alimenter diverses charges énergétiques dans une installation urbaine.
trigénération
Énergie solaire thermique : L'énergie solaire thermique est utilisée pour chauffer l'eau sanitaire dans de
nombreux bâtiments urbains. Les capteurs solaires captent la chaleur du soleil et la transforment en chaleur utilisable
pour la douche, le chauffage de l'eau, ou même le chauffage de bâtiments.
Exemple Image d'une installation de panneaux solaires thermiques installée sur un toit de bâtiment urbain. Les
panneaux solaires capturent la chaleur du soleil pour chauffer l'eau sanitaire ou l'air dans les bâtiments.
Énergie géothermique : Dans certaines zones urbaines, la géothermie est exploitée pour le
chauffage et le refroidissement. Cela implique l'utilisation de la chaleur stockée dans le sol pour le chauffage en hiver
et l'évacuation de la chaleur excédentaire dans le sol pour le refroidissement en été.
Réseaux de chaleur et de froid urbains : Les réseaux de distribution d'énergie thermique urbaine
comprennent des canalisations, des échangeurs de chaleur, des stations de pompage, et d'autres équipements essentiels
pour acheminer la chaleur et le froid des centrales de production aux bâtiments.
La gestion efficace de l'énergie thermique dans les milieux urbains est essentielle pour
répondre aux besoins de chauffage et de climatisation des populations urbaines tout en minimisant l'impact
environnemental.
Impact Environnemental et durabilité : La production et l'utilisation d'énergie thermique
peuvent avoir des impacts environnementaux importants en raison des émissions de gaz à effet de serre associées à
la combustion de combustibles fossiles. Il est essentiel de développer des sources d'énergie thermique plus durables
et d'adopter des pratiques énergétiques respectueuses de l'environnement.
En résumé
•
L'énergie thermique joue un rôle clé dans notre société et notre économie, et sa gestion efficace est essentielle
pour répondre aux besoins énergétiques tout en réduisant l'impact sur l'environnement.
•
Les stratégies d'efficacité énergétique, l'utilisation de sources d'énergie renouvelable, la récupération de chaleur
et la mise en œuvre de technologies intelligentes de gestion de l'énergie sont des approches courantes pour
atteindre ces objectifs.
3.Energie
chimique
L'énergie chimique est une forme d'énergie potentielle stockée dans les liaisons chimiques des
molécules et des atomes. Elle peut être libérée lors de réactions chimiques, de combustions ou d'autres
processus qui modifient la structure des molécules.
v L'énergie chimique est une source d'énergie essentielle pour de nombreuses applications et
processus, y compris la production d'électricité, le chauffage, le transport, la chimie industrielle et
bien d'autres.
Définitions et concepts clés
01
02
03
Liaisons chimiques
Réactions chimiques
Combus;on
L'énergie chimique est stockée dans les liaisons
chimiques des molécules. Les molécules sont
formées par des atomes qui sont liés ensemble par
des forces électrosta9ques. Plus les liaisons
chimiques sont fortes, plus l'énergie chimique
stockée est élevée.
04
Piles et batteries
• stockent de l'énergie chimique et la libèrent
lorsqu'elles sont connectées à un circuit
électrique. Cette énergie chimique est
convertie en électricité à mesure que la
réaction chimique se déroule à l'intérieur de la
pile.
Lorsqu'une réac9on chimique se produit, les
liaisons chimiques sont rompues et formées,
entraînant un changement dans la structure
des molécules impliquées. Ce processus peut
libérer de l'énergie sous forme de chaleur ou
d'énergie ciné9que.
05
est un exemple courant de
libéra9on d'énergie chimique.
Lorsqu'un combus9ble tel que le
bois, le charbon, le pétrole ou le
gaz est brûlé, les liaisons
chimiques dans ces combus9bles
sont rompues, libérant de l'énergie
sous forme de chaleur et de
lumière.
Stockage d'Énergie
L'énergie chimique est souvent utilisée pour stocker de l'énergie, car elle
peut être stockée de manière compacte et transportée facilement. Les
carburants liquides, les batteries, les piles à combustible et les
supercondensateurs sont quelques exemples de technologies de stockage
d'énergie chimique.
Exemples d’application d’énergie chimique
L'énergie chimique est utilisée dans une grande variété d'applications, de la production d'électricité dans les
centrales thermiques au fonctionnement des moteurs à combustion interne dans les véhicules, en passant par
la production d'énergie solaire et éolienne (où l'énergie chimique est stockée dans des batteries).
1. L’énergie interne d’une réaction chimique
•
Énergie nucléaire. Dans les réactions de fission
ou de fusion nucléaire, des altérations chimiques
sont générées dans les atomes qui permettent
convertir l'énergie nucléaire en énergie thermique
sous forme de chaleur. Les centrales nucléaires
ont l'objectif de convertir l'énergie chimique en
énergie électrique.
•Digestion par un organisme vivant.
La nourriture, par certaines réactions
dans l'estomac, est convertie en
énergie chimique pour le corps.
•
Photosynthèse réalisée chez les
plantes. La photosynthèse est le
processus qui transforme l'énergie
solaire en énergie chimique.
2. L’énergie chimique à partir de combustible fossile
•
Les carburants contiennent de l'énergie chimique qui est convertie en énergie mécanique par combustion
(exemple dans les moteurs thermiques). Le carburant permet la transformation de l'énergie de réaction chimique
de combustion directement en énergie électrique ou en énergie mécanique.
•
Une pile électrique : ce nom est le format industriel et commercial de la cellule galvanique ou voltaïque. C'est
un appareil qui convertit l'énergie chimique en énergie électrique par un processus chimique.
•
Une pile à combustible: dans ce type de pile l'oxydation sur une électrode d'un combustible réducteur couplée à
la réduction sur l'autre électrode d'un oxydant génère un courant électrique.
Durabilité et environnement : L'utilisation de combustibles fossiles pour la
production d'énergie chimique est souvent associée à des émissions de gaz à effet de serre et à
des préoccupations environnementales. Par conséquent, il existe un intérêt croissant pour le
développement de sources d'énergie chimique plus durables, telles que les énergies
renouvelables et les technologies de stockage d'énergie avancées.
En résumé
L'énergie chimique joue un rôle central dans notre société et notre économie. Comprendre
comment elle est stockée, libérée et utilisée est essentiel pour développer des technologies
énergétiques plus efficaces, durables et respectueuses de l'environnement.
4. L’énergie
rayonnante
Souvent appelée énergie
lumineuse ou énergie radiante, est
une forme d'énergie transportée par
les ondes électromagnétiques, en
particulier dans la gamme de
longueurs d'onde du spectre
électromagnétique correspondant à
la lumière visible.
Cette forme d'énergie est
responsable de la sensation de
luminosité que nous percevons
lorsque nous voyons de la lumière.
Définitions et concepts clés
01
02
03
Nature électromagnétique
Spectre électromagnétique
Lumière visible
L'énergie rayonnante est constituée d'ondes
électromagnétiques qui se propagent à travers
l'espace sous forme de photons. Les photons sont
des particules élémentaires qui transportent
l'énergie lumineuse.
englobe une gamme de longueurs d'onde, de
rayons gamma et rayons X à l'extrémité courte,
jusqu'aux micro-ondes, infrarouge, lumière
visible, ultraviolet, et ondes radio à l'extrémité
longue. L'énergie rayonnante se situe
principalement dans la parAe du spectre
correspondant à la lumière visible.
04
Sources de lumière
est
la
partie
du
spectre
électromagnétique que l'œil humain
peut percevoir. Elle se manifeste sous
forme de différentes couleurs,
correspondant à des longueurs d'onde
spécifiques, allant du rouge (longues
longueurs d'onde) au violet (courtes
longueurs d'onde).
émeFent de l'énergie rayonnante sous forme de lumière visible. Les sources de
lumière naturelle incluent le soleil et les étoiles, tandis que les sources de lumière
arAficielle comprennent les lampes à incandescence, les lampes fluorescentes,
les lampes LED et bien d'autres.
La visi
Utilisations
: L'énergie rayonnante est utilisée dans de nombreuses
applications, notamment l'éclairage, la communication optique (comme les fibres
optiques), la vision, l'imagerie médicale, la technologie solaire (conversion de la
lumière du soleil en électricité), la détection optique, et bien d'autres domaines.
Photovoltaïque : Les panneaux solaires
photovoltaïques exploitent l'énergie lumineuse
du Soleil pour produire de l'électricité. Les
photons de la lumière solaire sont absorbés par
les
cellules
l'électricité.
solaires,
générant
ainsi
de
La coul
objet est
manière
absorbe
lumière v
qui
app
absorben
d'onde bl
la lumièr
que
le
apparaiss
réfléchiss
longueurs
manière é
Principe du
panneau
photovoltaïque
En résumé,
L'énergie rayonnante est omniprésente dans notre vie quotidienne,
jouant
un
rôle
essentiel
dans
la
vision,
l'éclairage,
la
communication et bien d'autres aspects de la technologie moderne.
Elle est également une source d'énergie primaire dans le cas des
énergies renouvelables, notamment l'énergie solaire.
5.L’énergie nucléaire
(a été discutée auparavant)
5.L’énergie électrique
L'énergie électrique est une forme d'énergie résultant du
déplacement des charges électriques, généralement des électrons,
à travers un circuit électrique. Elle est largement utilisée dans de
nombreux aspects de notre vie moderne en raison de sa
polyvalence et de ses propriétés uniques.
Les principales sources incluent le charbon, le gaz naturel, le
nucléaire, l'hydroélectricité, l'énergie solaire et éolienne
Propriétés de l'énergie électrique :
•
Conversion efficace : L'énergie électrique peut être convertie en d'autres formes d'énergie, telles
que la chaleur, la lumière, le mouvement mécanique, grâce à des appareils électriques et électroniques.
•
Transport et transmission facile : L'énergie électrique une fois produite, peut être transportée sur
de longues distances avec peu de pertes via des lignes électriques et des câbles puis distribuée aux
consommateurs via des réseaux électriques locaux.
•
Facilité de contrôle : L'énergie électrique peut être facilement contrôlée en modulant la tension, le
courant et la fréquence pour répondre aux besoins de divers appareils et systèmes.
•
Propreté : L'énergie électrique est une forme d'énergie propre lorsqu'elle est produite à partir de
sources d'énergie renouvelable, telles que l'énergie solaire, éolienne ou hydroélectrique.
•
Polyvalence : L'énergie électrique peut alimenter une large gamme d'applications, des appareils
ménagers aux systèmes industriels complexes, en passant par les véhicules électriques et les
communications électroniques.
Utilisation diverse de l'énergie électrique :
L'énergie électrique est utilisée dans une variété d'applications,
notamment
l'éclairage,
le
chauffage,
la
climatisation,
l'électroménager, les transports, l'industrie, la communication et
l'électronique
Impacts de l'énergie électrique :
1.
Réduction des émissions de carbone : L'utilisation de
l'énergie électrique à partir de sources renouvelables
telles que l'énergie solaire et éolienne contribue à
réduire les émissions de gaz à effet de serre, contribuant
ainsi à la lutte contre le changement climatique.
2.
Amélioration de la qualité de vie : L'énergie électrique
améliore la qualité de vie en fournissant de l'éclairage,
de la chaleur, de la climatisation, des appareils
électroménagers et de la connectivité électronique.
Défi de stockage : Le stockage de l'énergie électrique, en particulier à grande échelle, est un défi en
raison de la variabilité des sources d'énergie renouvelable.
Sécurité électrique : La sécurité électrique est cruciale pour prévenir les risques d'électrocution, de
courts-circuits, d'incendies et d'autres accidents liés à l'électricité. Des normes strictes et des mesures de
sécurité sont mises en place pour protéger les personnes et les biens.
Dépendance aux infrastructures : La société moderne dépend largement des infrastructures
électriques, ce qui crée des vulnérabilités en cas de pannes ou d'incidents.
Utilisation responsable : L'utilisation responsable de l'énergie électrique est importante pour éviter
le gaspillage et réduire l'impact environnemental.
Efficacité énergétique : L'efficacité énergétique est un aspect clé de la gestion de l'énergie
électrique, visant à minimiser les pertes d'énergie pendant la production, le transport et la distribution, ainsi
que lors de l'utilisation par les consommateurs.
Stockage d'énergie : Le stockage de l'énergie électrique est essentiel pour faire face aux variations
de la demande et à la production intermittente d'énergies renouvelables. Les batteries, les systèmes de
stockage d'énergie et les technologies de pointe sont utilisés pour stocker l'énergie électrique.
Sécurité électrique : La sécurité électrique est cruciale pour prévenir les risques d'électrocution, de
courts-circuits, d'incendies et d'autres accidents liés à l'électricité. Des normes strictes et des mesures de
sécurité sont mises en place pour protéger les personnes et les biens.
Économie : L'industrie de l'énergie électrique est un secteur économique important dans de nombreux
pays, contribuant à la croissance économique et à la création d'emplois.
Innovation : Les avancées technologiques dans le domaine de l'énergie électrique, telles que les véhicules
électriques, les réseaux intelligents, les technologies de stockage et les systèmes d'énergie distribuée,
transforment l'industrie de l'énergie et ouvrent de nouvelles opportunités.
En résumé, l'énergie électrique est un pilier de la civilisation
moderne, et son utilisation efficace et durable est essentielle pour relever les
défis énergétiques et environnementaux du XXIe siècle. Elle offre de
nombreuses opportunités, mais nécessite également une gestion responsable
pour minimiser les impacts négatifs.
8 : Conversion et Stockage d'Énergie
8 .1: Conversion
Générateur
Alternateur
processus de transformation d'une forme
d'énergie en une autre. Il peut s'agir de la
conversion de l'énergie d'un type de source en
une autre forme d'énergie utilisable
1Conversion d'énergie mécanique en
électricité : Les générateurs électriques, tels que
les éoliennes et les turbines hydrauliques,
convertissent l'énergie mécanique (cinétique) du
vent ou de l'eau en énergie électrique.
Eolienne
Turbine
Une turbine est un dispositif rotatif convertissant partiellement
l'énergie interne d'un fluide, liquide ou gazeux, en énergie
mécanique au moyen d'aubes disposées sur un arbre tournant
à grande vitesse. L'énergie entrante du fluide est caractérisée
notamment par sa vitesse, sa pression, son enthalpie.
Un alternateur est un
générateur électrique
qui
convertit
é.mécanique
en
é.électrique
sous
forme de courant
alternatif.
2Conversion d'énergie thermique en électricité :
Les centrales thermiques, qu'elles fonctionnent au gaz naturel,
au charbon ou à la biomasse, convertissent l'énergie
thermique en énergie mécanique via une turbine, puis cette
énergie mécanique est transformée en énergie électrique par
un générateur.
3Conversion d'énergie chimique en électricité : Les piles à combustible et les batteries convertissent l'énergie
chimique stockée en électricité à mesure que les réactions chimiques se produisent.
4Conversion d'énergie solaire en électricité : Les
cellules solaires photovoltaïques convertissent l'énergie
lumineuse du soleil en énergie électrique.
Synthèse conversion d’énergie
8 .1: Stockage
Le stockage d'énergie consiste à emmagasiner l'énergie pour une utilisation ultérieure. Il est particulièrement important
dans les situations où la production d'énergie ne coïncide pas nécessairement avec la demande.
Stockage d'énergie électrique : Les batteries, les supercondensateurs et les systèmes de stockage d'énergie à base
d'hydrogène permettent de stocker de l'énergie électrique pour une utilisation ultérieure, comme dans les véhicules
électriques, les systèmes de secours et les réseaux électriques.
Les batteries
Les super
condensateurs
Stockage d'énergie thermique : Les systèmes de stockage thermique utilisent des matériaux à changement de phase
ou des réservoirs d'eau chaude pour stocker de la chaleur ou du froid, notamment pour le chauffage et la
climatisation.
Stockage d'énergie mécanique : Les volants d'inertie et les systèmes de pompage-turbinage, comme les stations de
pompage d'eau, stockent l'énergie mécanique en utilisant des élévations ou des rotations pour être libérée
ultérieurement.
Stockage d'énergie chimique : Les systèmes de stockage d'hydrogène, y compris la production et le stockage
d'hydrogène pour les piles à combustible, sont utilisés pour stocker de l'énergie chimique sous forme de gaz
d'hydrogène.
Stockage d'énergie gravitationnelle : Les systèmes de stockage d'énergie gravitationnelle élèvent des charges
lourdes à des altitudes élevées pour stocker de l'énergie potentielle, puis la libèrent lorsque cela est nécessaire.
En résumé, La conversion et le stockage d'énergie sont essentiels pour garantir
une alimentation en énergie stable, fiable et flexible, en particulier avec l'intégration
croissante des énergies renouvelables intermittentes, comme le solaire et l'éolien.
9- Innova(on en ma(ère d’énergie
(Technologies émergentes)
•
Stockage d'énergie avancé :
•
Stockage thermique avancé renouvelable pour une utilisation ultérieure, comme le chauffage ou la
•
•
production d'électricité.
Réseaux électriques intelligents (smart grids) des capteurs et des systèmes de contrôle pour optimiser la distribution de
l'électricité, réduire les pertes d'énergie et intégrer efficacement les sources
d'énergie renouvelable distribuées.
Énergie géothermique améliorée
•
Réacteurs nucléaires avancés
•
Énergie solaire photovoltaïque avancée
•
Énergie marémotrice et énergie des vagues
•
Énergie éolienne offshore
•
Électrification des transports Les véhicules électriques (VE), y compris les VE à batterie et les piles à combustible
•
permettent de stocker la chaleur produite à partir de sources d'énergie
les cellules solaires à pérovskite et les cellules solaires
transparentes
des éoliennes plus grandes et plus efficaces situées en mer pour exploiter les vents plus constants
et puissants en haute mer -une source d'énergie renouvelable stable et à grande échelle-
permettent de connecter et de relier objets et individus via des capteurs,
Intelligence artificielle IT et internet des objets IoT des logiciels et d'autres technologies intégrées, afin de se connecter par
internet et d'échanger des données avec d'autres appareils et systèmes,
9- Innovation en
matière d’énergie
1.La mise en parallèle de plusieurs batteries
lithium-ion peut permettre d'accéder à de
grandes puissances et capacités de stockage.
(Technologies émergentes)
Stockage d'énergie avancé :
Il existe 5 vecteurs principaux :
1.
Electrochimique (Batteries) ;
2.
Cinétique (Volant moteur) ;
3.
Gravitaire, potentielle (Station de pompage turbinage) ;
4.
Chimique (électrolyse > hydrogène).
5.
Thermique (Ballons d'eau chaude, inertie du bâtiment) ;
batteries lithium-ion
Centrale à
Volant
d’inertie
Stockage dans une cuve thermocline ou ballon chaude
pour un stockage journalier ou hebdomadaire
Stockage dans le sol par l’intermédiaire de sondes
géothermiques (30 à 100 m de profondeur). Ce système est
plutôt dédié au stockage inter-saisonnier .
Cuve de stockage sensible (thermocline)
Avantages : conception simple, possibilité de décharge rapide,
faible maintenance, stockage supérieur à 100°C pour les cuves
pressurisées, intégration foncière et paysagère aisée.
Inconvénients : régime réglementaire ICPE2 des équipements
sous pression pour les cuves pressurisées, risque de température
de décharge non constante et de perturbation de la stratification
naturelle de l’eau dans le réservoir au moment de l’utilisation.
Malgré ses défauts, le stockage sensible reste le seul utilisé. Il
a fait ses preuves dans l’optimisation du fonctionnement
d’un réseau de chaleur.
10: Exemples d’applications
Pratiques
Projet 1 : Système de chauffage urbain à base de biomasse
Objectif : Concevoir, mettre en œuvre et évaluer un système de chauffage
urbain à base de biomasse pour fournir de la chaleur à plusieurs bâtiments dans
une zone urbaine.
Conception :
Identifier des sources de biomasse localement disponibles, telles que les
déchets de bois.
Concevoir une centrale de cogénération de chaleur et d'électricité.
Planifier le réseau de distribution de chaleur pour desservir plusieurs bâtiments.
Mise en œuvre :
Construire la centrale de cogénération et les infrastructures de stockage de
biomasse.
Installer le réseau de distribution de chaleur sous terre.
Raccorder les bâtiments au réseau de chauffage urbain.
Évaluation :
Mesurer la réduction de la consommation d'énergie et des émissions de CO2
par rapport aux systèmes de chauffage traditionnels. Évaluer l'efficacité et la
fiabilité du système de chauffage urbain à base de biomasse.
Projet 2 : Éclairage public à énergie solaire avec
stockage
Objectif : Concevoir, mettre en œuvre et évaluer un système
d'éclairage public à énergie solaire dans une rue urbaine.
Conception :
Sélectionner des lampadaires à énergie solaire de haute
qualité.
Planifier l'installation des panneaux solaires sur les
lampadaires.
Intégrer un système de stockage d'énergie, tel que des
batteries, pour garantir un éclairage nocturne constant.
Mise en œuvre :
Installer les lampadaires solaires dans la rue.
Monter les panneaux solaires sur les lampadaires.
Connecter les lampadaires au système de stockage d'énergie.
Évaluation :
Mesurer la performance du système en termes de fourniture
d'éclairage public.
Calculer les économies d'énergie réalisées par rapport à un
éclairage public traditionnel.
Évaluer la fiabilité du système en fonction des conditions
météorologiques.
Projet 3 : Système de transport électrique à vélos en libreservice
Objectif : Concevoir, mettre en œuvre et évaluer un système de transport
urbain basé sur des vélos électriques en libre-service.
Conception :
Sélectionner des vélos électriques de qualité et des stations de recharge.
Établir un réseau de stations de recharge dans la ville.
Développer une application mobile pour la location et le suivi des vélos.
Mise en œuvre :
Installer les stations de recharge dans des emplacements stratégiques de la
ville.
Mettre en place un système de gestion des vélos et des locations.
Promouvoir le service auprès de la population urbaine.
Évaluation :
Mesurer l'utilisation du service de vélos électriques en fonction du temps,
de la distance parcourue, etc.
Évaluer l'impact sur la réduction des émissions de carbone et sur la
congestion du trafic.
Recueillir des commentaires des utilisateurs pour améliorer le service.
Ces projets pratiques dans des environnements
urbains montrent comment diverses formes d'énergie
peuvent être mises en œuvre pour améliorer la durabilité et
l'efficacité énergétique dans les villes. Ils nécessitent une
planification soignée, une gestion efficace et une évaluation
approfondie pour garantir leur succès.
v les différentes formes d'énergie, qu'elles soient mécaniques, thermiques, chimiques, nucléaires ou électriques, sont
des éléments fondamentaux de notre monde moderne, contribuant de manière significative à notre qualité de vie, à
notre économie et à notre avancée technologique.
v Chacune de ces formes d'énergie possède des caractéristiques et des applications spécifiques, ainsi que des avantages
et des défis particuliers.
v Chacune de ces formes d'énergie a un impact significatif sur notre environnement, notre économie et notre mode de
vie.
v La transition vers des sources d'énergie plus propres et durables, l'amélioration de l'efficacité énergétique et la
réduction de l'empreinte carbone sont des priorités essentielles.
v la diversification de nos sources d'énergie est cruciale pour la stabilité de notre approvisionnement énergétique et
pour réduire notre dépendance aux combustibles fossiles, tout en contribuant à atténuer les changements climatiques.
v La gestion responsable des différentes formes d'énergie est au cœur de notre transition vers un avenir plus durable et
équilibré.
v La proposition des projets pratiques dans des environnements urbains utilisant diverses formes d'énergie améliore
l'efficacité énergétique dans les villes, mais elle nécessite une planification soignée, une gestion efficace et une
évaluation approfondie pour garantir leur succès.
Merci