Introduction à la thermodynamique. Professeur Marcel Lacroix Université de Sherbrooke

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Introduction à la thermodynamique

Professeur Marcel Lacroix

Université de Sherbrooke

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Indice de développement humain

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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

Haiti 0,14 0,471 168

Électricité consommée

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MATIÈRE

GÉNIE

ÉNERGIE INFORMATION

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Sources d’énergie 1. Soleil

2. Charbon 3. Pétrole

4. Gaz

5. Nucléaire

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Vecteurs d’énergie 1. Électricité

2. Hydrogène 3. Éthanol

4. Biodiésel

5. Plutonium

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Formes d’énergie 1. Potentielle

2. Cinétique

3. Chaleur

4. Travail

5. Etc.

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Énergie primaire

Énergie finale

Énergie utile Charbon,

gaz,

uranium

Électricité Lumière, chaleur,

travail

Énergies primaire, finale et utile

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M. Lacroix Introduction 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).

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Production de travail

Énergie potentielle élevée

Énergie potentielle basse

Machine Travail

produit

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Différence de potentiel

Machine Fluide

Gravitationnel Turbine hydraulique

Eau Thermique Turbine à

vapeur

Vapeur Chimique Moteur à

combustion

Essence/air Électrique Moteur

électrique

Électrons

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Production d’énergie potentielle

Énergie potentielle élevée

Énergie potentielle basse

Machine Travail

consommé

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Différence de potentiel

Machine Fluide

Gravitationnel Pompe Eau

Thermique Thermopompe Réfrigérant Mécanique Compresseur Gaz

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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!

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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.

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Conversion d’énergie

d’une forme à une autre

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DE MÉCANIQUE À MÉCANIQUE

Engrenages

Piston

Transmission

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DE MÉCANIQUE À ÉLECTRIQUE

Alternateur

Générateur Dynamo

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DE MÉCANIQUE À CHALEUR

Freins à disques

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DE CHALEUR À MÉCANIQUE

Turbines à gaz

Locomotive à vapeur

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DE CHALEUR À CHALEUR

Échangeurs de chaleur

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DE CHALEUR À ÉLECTRIQUE

Thermocouple

Pile thermoélectrique Réfrigérateur

thermoélectrique

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DE ÉLECTRIQUE À MÉCANIQUE

Moteurs électriques

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DE ÉLECTRIQUE À CHALEUR

(25)

DE ÉLECTRIQUE À CHIMIQUE

Chargement d’une batterie Électrolyse

(26)

DE CHIMIQUE À MÉCANIQUE

Moteurs à combustion interne

(27)

DE CHIMIQUE À ÉLECTRIQUE

Déchargement d’une batterie Piles à combustible

(28)

DE CHIMIQUE À CHALEUR

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DE SOLAIRE À MÉCANIQUE

Moudre le grain Déplacement

(30)

DE SOLAIRE À ÉLECTRIQUE

Cellules photovoltaïques

(31)

DE SOLAIRE À CHALEUR

Capteurs solaires

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DE SOLAIRE À CHIMIQUE

Photosynthèse

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DE NUCLÉAIRE À CHALEUR

Réacteurs nucléaires

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CONVERSION SOLAIRE - ÉNERGIE

POTENTIELLE – ÉNERGIE CINÉTIQUE - MÉCANIQUE - ÉLECTRICITÉ

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CONVERSION SOLAIRE – MÉCANIQUE - ÉLECTRICITÉ

Parc

d’éoliennes

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CONVERSION NUCLÉAIRE - CHALEUR – MÉCANIQUE - ÉLECTRICITÉ

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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.

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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.

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OBJECTIFS

• Combien d’énergie peut être transformée d’une forme à une autre est l’objet du

cours de thermodynamique.

• Comment l’énergie peut-être transformée d’une forme à une autre est l’objet du

programme de génie.

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UNITÉS D’ÉNERGIE COURANTES

kWh

(kilowatt heure)

3,6 x 10⁶ Joules BTU

(British Thermal Unit)

1 055 Joules cal

(calorie)

4,186 Joules tep

(tonne équivalent pétrole)

4,186 x 10¹⁰ Joules tec 2,93 x 10¹⁰ Joules

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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

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POINTS DE REPÈRE:

ÉNERGIE

Soulèvement d’une masse de 1 kg d’une hauteur de 1 m

~ 10 J Un litre d’eau du robinet

chauffée à 100⁰C

~400 kJ (0,11 kWh) Métabolisme adulte/jour ~ 8 600 kJ (2,4 kWh) Maison unifamiliale 140 m²

(consommation moyenne/jour)

~ 216 000 kJ (60 kWh)

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PUISSANCE

Adulte au repos ~ 100 W Athlète (lutte olympique) ~ 1000 W

Ampoule électrique ~ 100 W Séchoir à cheveux ~ 1500 W Maison unifamiliale (120V, 200A) ~ 24 kW

Moteur de voiture (135 cv) ~ 100 kW

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FLUX DE CHALEUR

Peau humaine (100 W sur 2 m²) ~ 50 W/m² Soleil intense (à midi, l’été) ~ 1 kW/m² Ampoule électrique de 100W ~ 10 kW/m²

Puce électronique ~ 100 à 1000 kW/m²

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LIVRE OBLIGATOIRE

https://cheneliere.ca/10865-livre-thermodynamique-3e-edition-une-approche-pragmatique.html

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LIVRE

RECOMMANDÉ

http://www.presses-polytechnique.ca/fr/questions-d-energie