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La force est l'agent du changement et l'énergie est une mesure du changement. Les Formes de l’Energie. DONC l'énergie pure n'existe pas. Suivant le changement physique considéré on lui associera une énergie cinétique : système dont la vitesse change - PowerPoint PPT Presentation
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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