Thermodynamique appliquée à l’énergétique. Cours et exercices corrigés

La question énergétique est une question sociétale centrale en particulier dans le contexte du réchauffement climatique mais également au gré des difficultés d'approvisionnement (gaz, pétrole) qui touche la société dans son ensemble. La production d'électricité joue un rôle central pour diminuer les émissions de CO2 de l'industrie ou du transport. Elle doit cependant être elle-même idéalement : - décarbonée, - pilotable,- si possible renouvelable. Dans ce contexte, les centrales thermiques jouent un rôle primordial car 76% de l'électricité produite dans le Monde provient de ces installations : - centrales à flamme (charbon, gaz, biomasse), - nucléaire, - solaire thermodynamique- ou encore géothermiques.Ce livre traite de la thermodynamique, depuis les bases jusqu'aux thématiques avancées, nécessaire à la compréhension du fonctionnement de ces installations. Il propose également de nombreux exercices corrigés.Il s'inscrit pleinement dans le contexte du débat énergétique en mettant les différents modes de production du bouquet électrique actuel et futur dans une perspective environnementale (réchauffement climatique), économique, sociétal (disponibilité) et de développement durable. Table des matières Partie I - Energétique1 L'enjeu énergétique1.1 Concepts de baseEnergie carbonée, intermittente, renouvelable, pilotable, fataleGestion de la demande électriqueAnalyse en exploitation et en cycle de vie1.2 Le bouquet électriqueLe bouquet électrique mondial, français, allemand, pays en développement1.3 La transition électriqueCas de la France, de l'Allemagne, des pays en développementCritères pour le choix du bouquet électriqueExercices de ce chapitre2 Panorama des centrales thermiques électrogènes2.1 Principes thermodynamiques et rendement2.2 Eléments de base d'une centrale thermique électrogèneFluide thermodynamique, Cycles direct et indirect, échangeurs thermiques, Turbine et Compresseur2.3 Centrale nucléairePrincipe de fonctionnement, caractéristiques, filières, le nucléaire dans le Monde2.4 Centrale thermique à flammePrincipe de fonctionnement, caractéristiques, filières, le thermique à flamme dans le Monde2.5 Centrale solaire thermodynamiquePrincipe de fonctionnement, stockage d'énergie et mode hybride, filières, le solaire thermodynamiquedans le Monde2.6 Centrale géothermiquePrincipe de fonctionnement, caractéristiques, filières, la géothermie dans le MondeExercices de ce chapitrePartie II Thermodynamique appliquée .... 633 Le système thermodynamique et ses transformations -- 653.1 Le système thermodynamique3.2 Gaz parfait3.3 Au-delà du gaz parfaitApproche appliquée en thermodynamique3.4 Transformations thermodynamiquesExercices de ce chapitre4 Le premier principe de la thermodynamique -- 834.1 Echange d'énergie sous forme de travailTravail des forces de pression, Travail d'écoulement, Travail technique4.2 Echange d'énergie sous forme de chaleur4.3 Premier principe pour un système fermé4.4 Premier principe pour un fluide en écoulementPremier principe en régime permanent, Premier principe généralisé4.5 Application du premier principe aux éléments des machines thermiquesCas des échangeurs thermiques, des turbines et pompes/compresseursExercices de ce chapitre5 Le second principe de la thermodynamique 1175.1 Enoncé du second principe5.2 Evolution du systèmeDiagramme entropique5.3 Inégalité de Clausius5.4 Enoncés historiques du second principe5.5 Application du second principe aux éléments des machines thermiquesExercices de ce chapitre6 Les transitions de phase -- 1356.1 Etats et phases de la matière6.2 Les diagrammes de phases6.3 Le titre en vapeur6.4 Chaleurs de transition de phaseExercices de ce chapitreIII Cycles électrogènes – 1597 Les machines thermiques motrices -- 1617.1 Enoncé de CarnotAspects historiques et version moderne7.2 Diagramme de Raveau7.3 Moteur de CarnotRendement relatif, réaliser un moteur de Carnot, le cycle de Carnot7.4 Améliorer le rendementCogénération & ; cycle combinéExercices de ce chapitre8 La Centrale Turbine à Vapeur --- 1818.1 Un moteur de Carnot en régime diphasique8.2 Cycle de Rankine8.3 Cycle de Hirn8.4 Resurchauffe et détente fractionnée8.5 Soutirage de vapeurExercices de ce chapitreIV Transferts thermiques -- 2139 Bases du transfert thermique -- 2159.1 Les modes de transfert thermique9.2 Equation de la chaleur9.3 Résistances thermiques10 Transfert thermique au caloporteur -- 24110.1 Ecoulements laminaire et turbulent10.2 Calcul du coefficient conducto-convectif10.3 L'eau comme caloporteur dans un REPPropriétés de l'eau en REP, asymétrie haut-bas, dénoyage du coeur10.4 Le sodium liquide comme caloporteur en RNRPropriétés des métaux liquides, cas d'un réacteur à neutrons rapides11 Les échangeurs thermiques -- 26711.1 Bilan énergétique11.2 Echangeur co-courant11.3 Echangeur contre-courant11.4 Méthode NUTExercices de ce chapitreCorrection des exercices --- 293