Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

Cours Systèmes motorisés de production de l’énergie NENGOUEYE TAKAM, Mars 2022

Cours Systèmes motorisés de production de l’énergie NENGOUEYE TAKAM, Mars 2022 1 Licence professionnelle en Electrotechnique_2021/2022 SUPPORT DE COURS SYSTEMES MOTORISES DE PRODUCTION DE L’ENERGIE ELECTRIQUE LICENCE PROFESSIONNELLE EN ELECTROTECHNIQUE SEMESTRE 1 NENGOUEYE TAKAM BRONDOL VIANNEY (PLETP en Electrotechnique & Ingénieur en Génie électrique et Systèmes Intelligents) Cours Systèmes motorisés de production de l’énergie NENGOUEYE TAKAM, Mars 2022 2 Licence professionnelle en Electrotechnique_2021/2022 Année académique : 2021/2022 PROGRAMME Chapitre 1 : Généralités sur les énergies Chapitre 2 : Les systèmes de production hydro-électriques Chapitre 3 : Les systèmes de production thermoélectriques Chapitre 4 : Les systèmes de production éoliens Cours Systèmes motorisés de production de l’énergie NENGOUEYE TAKAM, Mars 2022 3 Licence professionnelle en Electrotechnique_2021/2022 Chapitre I : GENERALITES SUR LES ENERGIES I. Définition L'énergie est définie en physique comme la capacité d'un système à produire un travail, entraînant un mouvement ou produisant par exemple de la lumière, de la chaleur ou de l’électricité. L’énergie ne disparaît jamais ; elle se transforme d’une forme en une ou plusieurs autres. Elle s’exprime en joules ou en kilowattheure (kWh). II. Les sources d’énergie Une source d’énergie est un phénomène physique ou chimique qui sert à produire un autre type d’énergie. Cette dernière peut être primaire ou secondaire, selon si elle est issue d’un mécanisme naturel ou si elle est transformée volontairement. Ces sources d’énergie sont ensuite classées en deux catégories, les sources d’énergie renouvelables et les sources d’énergie non renouvelables. II.1. Les sources d’énergie primaires Les sources d’énergie primaires sont issues des phénomènes naturels qui nous entourent, comme : ❖ Le soleil ❖ Le vent ❖ Les marées ❖ L’en en mouvement ❖ Les courant marins ❖ Les chaleurs des sols et des sous-sols ❖ Les réactions chimiques des matières organiques vivantes ❖ La méthanisation ❖ La combustion Parmi les sources d’énergie primaires, on distingue des sources d’énergie renouvelables et non renouvelables : II.1.1. Les sources d’énergie renouvelables Il existe un grand nombre de sources d’énergie primaire renouvelables. Certaines sont propres (le vent, l’eau le soleil etc…), on parle d’énergie propre car elles ne polluent pas la planète. II.1.2. Les sources d’énergie non renouvelables Les sources d’énergie primaires non renouvelables sont principalement d’origine fossile. On peut citer : Le charbon, le pétrole, le gaz naturel, l’uranium. Ces énergies primaires sont utilisées comme combustibles pour produire de l’électricité. II.2. Les sources d’énergie secondaires Les sources d’énergie secondaires sont issues de la transformation des sources d’énergie primaires. Prenons l’exemple du vent, source d’énergie primaire : l’énergie éolienne qu’il permet Cours Systèmes motorisés de production de l’énergie NENGOUEYE TAKAM, Mars 2022 4 Licence professionnelle en Electrotechnique_2021/2022 d’obtenir est une source d’énergie secondaire. Les différentes sources d’énergie secondaires sont : ❖ L’éolienne ❖ Le solaire photovoltaïque ❖ L’énergie nucléaire ❖ La géothermie ❖ L’énergie hydroélectrique ❖ L’énergie thermique issues de la combustion du gaz naturel, du charbon ou du pétrole Le Tableau 1 présente un résumé des différentes sources d’énergie avec leurs avantages et leurs inconvénients Tableau 1 : Principales sources d'énergie III. Les différentes formes d’énergie On peut distinguer diverses formes d’énergie qui, peuvent se transformer l’une en l’autre ; « formes d’énergie libre (manifeste)» et « formes d’énergie stockée (potentielle) ». III.1. Les énergies libres Sont celles sous lesquelles apparaît l’énergie lorsqu’elle est utilisée. Si nous nous référons à notre expérience quotidienne, nous pouvons distinguer quatre formes d’énergie libre (directement perceptible). III.1.1. Le rayonnement visible (lumière) ou invisible (ondes de radio, rayons X,…) Il s’agit, fondamentalement du déplacement dans l’espace de particules, le plus souvent des photons se propageant à la vitesse de la lumière (environ 300 000 km/s) III.1.2. La chaleur Un apport de chaleur conduit à une augmentation de température (par exemple, un radiateur) et inversement (réfrigérateur). III.1.3. L’énergie cinétique Elle est associée aux mouvements des corps. Tout corps possédant une vitesse Cours Systèmes motorisés de production de l’énergie NENGOUEYE TAKAM, Mars 2022 5 Licence professionnelle en Electrotechnique_2021/2022 non nulle possède une énergie. III.1.4. L’énergie électrique Pour des raisons pratiques, cette forme a vu un développement industriel considérable. Ce n’est pas, à proprement parler, une énergie « visible » mais comme on sait qu’il s’agit du déplacement d’un « courant électrique » (en fait des électrons) dans des conducteurs, on peut qualifier de « libre » cette forme d’énergie. NB : Il existe des appareillages plus ou moins courants permettant de transformer l’une en l’autre ces quatre formes d’énergie libre. III.2. Les énergies stockées S’il paraît difficile de stocker l’énergie sous forme de rayonnement ou de courant électrique (sauf peut-être dans un circuit supraconducteur), il est envisageable, en revanche, de stocker l’énergie sous forme de : III.2.1. La chaleur L’énergie géothermique, constituée de la chaleur emmagasinée au sein de la Terre dégagée par la radioactivité naturelle. III.2.2. L’énergie cinétique Le vent, dont l’éolienne capte l’énergie cinétique. Le volant d’inertie d’un moteur représente un exemple de stockage d’énergie sous cette forme (en fournissant de l’énergie pendant les temps morts de la combustion, ce volant permet de pallier les à-coups). III.2.3. L’énergie potentielle C’est cependant sous forme d’énergie potentielle qu’il est, en général, plus intéressant de stocker l’énergie. Le principe général est semblable à celui de l’exemple pris ci-dessus, celui de l’élastique de la fronde : on accumule de l’énergie potentielle en faisant travailler une force « à l’envers » c’est-à-dire dans le sens inverse de celui dans lequel elle s’exerce ; en laissant, ensuite, travailler cette force dans son sens, l’énergie potentielle emmagasinée sera libérée. III.2.4. L’énergie chimique Elle utilise les forces, de nature électromagnétique, reliant les atomes au sein des molécules : en réarrangeant les atomes pour former de nouvelles molécules à partir des molécules initiales, on fait travailler, dans un sens ou dans l’autre, les forces de liaison entre les atomes, et on libère ou on stocke de l’énergie. Exemples : les stocks naturels que sont les réserves de charbon, pétrole et gaz qui se sont constitués à partir du rayonnement solaire ; et, parmi les applications industrielles : l’essence utilisée par une voiture, la pile électrique ou la batterie, etc. III.2.5. L’énergie nucléaire Elle utilise les forces agissant entre les nucléons (protons et neutrons) des noyaux atomiques. Là aussi, en réarrangeant différemment ces nucléons, on peut espérer faire travailler ces forces, changer ainsi l’énergie interne et stocker ou libérer de l’énergie. En pratique, seule une libération d’énergie nucléaire est réalisable industriellement, soit en cassant de gros noyaux (fission), soit en assemblant de petits noyaux (fusion). Dans les deux cas, l’énergie libérée est obtenue sous forme de chaleur. Seule l’énergie de fission a aujourd’hui une application industrielle ; la matière à la base de cette source d’énergie Cours Systèmes motorisés de production de l’énergie NENGOUEYE TAKAM, Mars 2022 6 Licence professionnelle en Electrotechnique_2021/2022 est l’uranium (le thorium pourrait aussi être utilisé). L’énergie de fusion pourrait s’avérer prometteuse à long terme si les difficultés techniques de sa mise en œuvre sont surmontées ; les matières à la base de cette source sont le deutérium (l’isotope rare de l’hydrogène) et le lithium. IV. Chaine énergétique IV.1. Description de la chaine énergétique Une quantité d’énergie qui passe du stade d’énergie primaire à celui d’énergie utile suit une série de processus de transformations bien définies et de transports. Cette série de processus constitue une chaîne énergétique. IV.2. Transformations de l’énergie IV.2.1. Transformation des formes d’énergie libres Comme nous l’avons vu, les quatre formes d’énergie libre sont l’énergie rayonnante, l’énergie thermique (ou chaleur), l’énergie mécanique (ou cinétique) et l’énergie électrique. Cela fait douze transformations susceptibles d’être réalisées : toutes sauf deux ont des applications dans la vie courante ou dans l’industrie. Figure 1 : Transformation des différentes formes d'énergie libres  Transformation de l’énergie rayonnante en énergie thermique : elle est réalisée, par exemple, par les capteurs de rayonnement solaire fournissant l’eau sanitaire pour une habitation ou pour échauffer un fluide en vue d’une production d’électricité.  Transformation de l’énergie rayonnante en énergie mécanique : cette transformation est à l’origine de la poussée de radiation qui fait que la queue des comètes est toujours à l’opposé du Soleil. La force de cette poussée est faible et elle n’a pas trouvé d’application industrielle (peut- être sera-t-elle un jour utilisée en astronautique). Cours Systèmes motorisés de production de l’énergie NENGOUEYE TAKAM, Mars 2022 7 Licence professionnelle en Electrotechnique_2021/2022  Transformation de l’énergie rayonnante en énergie électrique : cela est réalisé dans les convertisseurs photovoltaïques, par exemple les panneaux solaires d’un satellite artificiel ou à usage domestique.  Transformation de l’énergie thermique en énergie rayonnante : c’est l’incandescence, c’est-à-dire l’émission spontanée de rayonnement par les corps à une température non nulle et cela d’autant plus que la température est élevée ; exemple : le rayonnement du Soleil, dont la surface est à environ 6 000 ºC.  Transformation de l’énergie thermique en énergie mécanique : c’est ce que réalisent la machine à vapeur et, plus généralement, les turbines et moteurs thermiques, tels ceux des voitures automobiles.  Transformation de l’énergie thermique en énergie électrique : cette conversion directe est réalisée dans les convertisseurs thermoélectriques (par exemple, les thermocouples utilisés uploads/s3/ production-motorisee-w-electriques.pdf