Les Formes de l’Energie
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Les Formes de l’Energiel’électrotechnique traite de la création, du transport et
de la transformation de l’énergie électrique
Energie.swfhttp://www.ostralo.net/5_sites/flash/energie.swf
Les différentes formes de l ’énergieÉnergie
rayonnante
Énergie thermique
Énergie nucléaire
Énergie chimique
Énergie électrique
Énergie mécanique
Énergie hydraulique
Photochimie,
photosynthèseCh
imio
-lum
ines
cenc
e
Electrolyse
Accumulateurs pilesThermolyse
Combustion fermentation
Explosion
Turbines hydrauliquesPo
mpe
s
Ecinétique Epotentielle
Unités d’énergieHistoriquement la calorie fut la première unité de travail, elle perdure dans l’alimentation : Une calorie(cal)= 4,19 J
Dans le domaine de l’électricité : 1 kWh=3600.103 J
La tonne équivalent pétrole : 1 tep = 43 GJ
Rappels: Kilo: 10 3
Mega: 10 6
Giga: 10 9
Tera: 10 12
Peta: 10 15
Le Travail: énergie du changement créé par une force
cos
W F d
W F d Fd
J N m
En translation
En rotation
d
d =d
F
T
W F F d T
J N m r d rN ma ad
La Puissance
Dépense énergétique égale
L’homme est plus puissant ,mais aura-t-il autant d’énergie à dépenser?
Puissance 10 fois plus grande
m
WP
tJ
Ws
La PuissanceEn translation
En rotation
d
d =d
F
1
( )
v
F dW dP F F v
t t t
W N m s
1
dW dP T T
dt dt
W N m a sr d
L’énergie thermiqueTransfert d’énergie thermique:
Dans la théorie cinétique des gaz
3
2CE kT
1 1
f iQ m C T T
J kg J kg C C
La quantité de chaleur dépend •de la variation de température•De la capacité calorifique•De la masse du corps
L’énergie mécanique
Energie cinétique de translation
2
21
2 2
1
2
1
2
C
C f i
E mv
J kg m s
E m v v
Energie cinétique de rotation ou angulaire 21
2rE J
Energie potentielle de pesanteur 2
P
P
E m g h
J kg m s m
E m g h
Energie potentielle élastique 2 22 1
1. .( )2
E k x x
Eau d’une turbine , choc d’une voiture, fusée
Voiture à friction , stockage inertiel, volant moteur
Chute d’eau, tremplin,
Ressort de montre
g: constante gravitationnelle = 9,81 ms-2
J moment d’inertie en kg.m²
m P CE E E Energie mécanique
Constante en l’absence de perte
L’énergie chimiqueLors de la combustion des gaz C + O2 CO2
L’énergie de rayonnementE hf
L’énergie nucléaireLa fission
La fusion
h: 6,62. 10-34
Constante de Planck
L’énergie électriqueEnergie électrique W U I t
Bilan d’énergie
a putile u u
absorbée a a u p
P pP P P
P P P P p
utile absorbéeP P
1p absorbéep P
Pabs 1 2 Pu P’u
=1x2
1 2utile
absorbée
P
P
Énergie primaire : énergie n'ayant subi aucune conversion. La production primaire d'énergie correspond à l'extraction d'énergie puisée dans la nature et, par extension, à la production de certaines énergies ” dérivées ” (électricité dite ” primaire ” qui provient de centrales hydrauliques ou nucléaires, d'origine photovoltaïque, éolienne, géothermique).
Les différentes phases de l ’énergie
Énergie secondaire (ou dérivée) : énergie provenant de la conversion d'une énergie primaire ou d'une autre énergie dérivée.
Énergie finale : énergie délivrée aux consommateurs pour être convertie en énergie ” utile ”. Exemple : électricité, essence, gaz, gazole, fioul domestique etc.
Énergie utile : énergie dont dispose le consommateur, après la dernière conversion (c-à-d en usage final), à partir de ses propres équipements.de l ’énergie
Pétrole
ChaleurMéca : Rotation
Electrique
Mécanique
Production d’énergie électriqueLe nucléaire
1400MW / tranche
92 1 140 93 1235 0 55 37 03U n Cs Rb n
1% de l’uranium naturel
429 TWh/an2006
Production d’énergie électriqueLes centrales thermiques
19 TWh/an2006
CharbonFioulGaz
Production d’énergie électriqueLes centrales hydrauliques
P=Qgh
Barrage de Roselend :Hauteur de chute 1200m, débit :50m3/s
Barrage de Serre-Ponçon sur la Durance : Hauteur de chute 107m (centrale de moyenne chute), débit :300m3/s
Production d’énergie électriqueLes centrales solaires
Production d’énergie électriqueLes éoliennes
3 2P v r
Géothermie
Origine de la production
dans le monde en 2007
• Énergie thermique : 12740 TWh, soit 68%
• Énergie hydraulique : 2999 TWh, soit 16%
• Énergie nucléaire : 2593 TWh, soit 14%
• Énergies renouvelables hors hydraulique : 474 TWh, soit 3%
Origine de la production
En France en 2009
Origine de la production électrique (?)
1,00 tep = 4,19E+10 J = 1,16E+04 kWh = 1,16E-02 TWh1 41855000000 11626,38889 0,011626389
2009 2008Production energies primaires renouvelables en France Energies primaires en France
Mtep : énergie primaire % TWh Offre d'énergie primaire (TPES) 271,50 M tep 3 156 565 TWh
Bois énergie 8,70 M tep 46% 101 150 TWhHydraulique 5,60 M tep 29% 65 108 TWh par agent électricité : 44,50% 1 404 671 TWhAgrocarburants 2,10 M tep 11% 24 415 TWh pétrole : 31% 978 535 TWhDéchets urbains ren. 1,20 M tep 6% 13 952 TWh gaz naturel : 14,60% 460 858 TWhÉolien 0,49 M tep 3% 5 697 TWh autres renouvelables : 5,40% 170 454 TWhPompes à chaleur 0,46 M tep 2% 5 348 TWh charbon : 4,50% 142 045 TWhBiogaz 0,28 M tep 1,50% 3 255 TWh Énergies renouvelables 7,70% 243 055 TWhRésidus de récolte 0,15 M tep 0,80% 1 744 TWhGéothermie 0,11 M tep 0,60% 1 279 TWh Consommation totale (TFC) 144,70 M tep 1 682 338 TWhSolaire thermique 0,04 M tep 0,20% 512 TWhSolaire photovoltaïque 0,00 M tep - % 35 TWh par habitant 4,2 tep 0,049 TWhtotal 19,14 M tep 100% 222 494 TWh
par secteur industrie : 25% 789 141 TWhtransports : 34,70% 1 095 328 TWhménages et tertiaire : 48% 1 515 151 TWhagriculture : 3% 94 697 TWh
Électricité (2009)Production 519 TWhpar filière nucléaire : 75,20% 390 TWh
hydro : 11,90% 62 TWhéoliennes : 1,50% 8 TWh
Commerce extérieur (2008)Importations électricité : 0,90 M tep 10 464 TWh
pétrole : 114,80 M tep 1 334 709 TWhgaz naturel : 37,70 M tep 438 315 TWhcharbon : 12,40 M tep 144 167 TWh
Type Puissance Energie (Wh/ kg) Uranium 11600000 GPL 12700
Essence 12180 Pétrole 11600 Pétrole brut, Gazole 11600
Houille 7190 Bois 5200 Lignite 4700 Pile à combustible 120 W/ kg 150 à 1500
Hydrogène liquide 386 Batteries Li 150 W/ kg 165 Volant d’inertie 2000 W/ kg 25 à 130
Chaleur (∆Θ= 50°C) 58 Batteries NiMh 43 Batterie NiCd 40 Batterie Plomb 30
Super Condensateur 1000 W/ kg 5 à 15 Condensateur électrolytique 100 000 W/ kg 0,4 Masse en mouvement 0.29
Chute d’eau de 100 m 0.27
Stockage de l’énergie:éventail technologique
Type Densité
massique en Wh/ kg
Densité volumique en
Wh/ l
Tension d'un
élément
Puissance en pointe (massique)
en W/ kg
Durée de vie (nombre de recharges)
Autodécharge par mois
Plomb/ acide 30 - 50 75 - 120 2,25 V 700 400 - 800 5 %
Ni-Cd 45 - 80 80 - 150 1,2 V ? 1 500 - 2 000 > 20 %
Ni-MH 60 - 110 220 - 330 1,2 V 900 800 - 1 000 > 30 %
Ni-Zn 70 - 80 120 - 140 1,65 V 1 000 > 1 000 > 20 %
Na-NiCl2 (ZEBRA)
120 180 2,6 V 200 800 → 100 %
(12 %/ jour)
Pile alcaline 80 - 160 ? 1,5 - 1,65 V ? 25 à 500 < 0,3 %
Li-ion 90 - 180 220 - 400 3,6 V 1 500 500 - 1 000 10 %
Li-Po 100 - 130 ? 3,7 V 250 200 - 300 10 %
Li-PO4 (lithium phosphate)
120 - 140 190 - 220 3,2 V 800 2 000 5 %
LMP (lithium metal polymer)
110 110 2,6 V 320 ? ?
Li-Air 1 500 - 2 500 ? 3,4 V 200 ? ?
PNU E rI Fem résistance interne
Capacité
Energie disponible W E I t Q E
Q I t Dépend du courant de décharge : plus on décharge vite moins la capacité est importante.On parle de I10 : décharge de l’accu en 10 h
Stockage de l’énergie: piles et accumulateurs
Stockage de l’énergie: Pile à combustible
Consommation Mondiale
Réserves Mondiales
Réserves mondiales d'énergies selon la source d'énergie
Réserves mondiales (en Gtep)
Réserves mondiales (en %)
Production annuelle (en Gtep)
Nombre d'années de production
à ce taux
Pétrole 234 22% 4,0 58
Gaz naturel 208 19% 3,3 62
Charbon 603 56% 3,95 153
Uranium 30 3% 0,59 48
Hydraulique 2,7 0,79 -
Éolien 8,8 0,03 -
Solaire 92 000 0,000 7 -
Biomasse 70 -
Pétrole (non conventionnel)
410 33% 3,9 105
Uranium (réserves supposées)
65 5% 0,62 105
Total conventionnel 965 11,3 85
Total non conventionnel
1 228 11,3 109