Les Formes de l’Energiel’électrotechnique traite de la création, du transport et

de la transformation de l’énergie électrique

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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