eee

1. Les Formes de l’Energie
l’électrotechnique traite de la création, du transport et
de la transformation de l’énergie électrique
http://www.ostralo.net/5_sites/flash/energie.swf
Suivant le changement physique considéré on lui associera une
• énergie cinétique : système dont la vitesse change
• énergie potentielle: système dont l’altitude change
• énergie thermique : système dont la température change
• énergie électrique : système dont la tension ou le courant change
• énergie de rayonnement : système où le rayonnement change
• énergie de combustion: système où les liaisons moléculaires sont modifiées
• énergie nucléaire : système où la cohésion de l’atome est modifiée
L’énergie se mesure en Joules
.

2. Les différentes formes de l ’énergie
Énergie
rayonnante
Énergie
thermique
Énergie
nucléaire
Énergie
chimique
Énergie
électrique
Énergie
mécanique
Énergie
hydraulique
E
f
f
e
t
j
o
u
l
e
s
Convertisseurs therm
oélectriques,
therm
oionique et m
agnétohydrodynam
ique
Décharge
électrolum
inescente
Convertisseur
photovoltaique
incandescence
Capteur rayonnem
ent
solaire, absorbeur
Photochimie,
photosynthèse
Chimio-luminescence
Electrolyse
Accumulateurs piles
Thermolyse
Combustion fermentation
Frottements chocs
Turbine moteur thermique
Explosion
Générateur électrique
Moteur électrique, piézo électricité
Turbines
hydrauliques
Pompes
R
é
a
c
t
e
u
r
n
u
c
lé
a
ir
e
Ecinétique Epotentielle

3. Unités d’énergie
Historiquement 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

4. 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 r
N m
a ad
 
      
     

5. 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
W
P
t
J
W
s





6. La Puissance
En translation
En rotation

d
d
=d
F
 
    1
( )
v
F d
W d
P F F v
t t t
W N m s
 
 
     
  
 
  
 
    1
dW d
P T T
dt dt
W N m a s
r d



    

 
   

7. L’énergie thermique
Transfert d’énergie thermique:
Dans la théorie cinétique des gaz
3
2
C
E kT

 
     
1 1
f i
Q 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

8. L’énergie mécanique
Energie cinétique de translation    
 
2
2
1
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 2
1
2
r
E 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 2
2 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 C
E E E
 
Energie mécanique
Constante en l’absence de perte

9. L’énergie chimique
Lors de la combustion des gaz C + O2  CO2
L’énergie de rayonnement
E hf

L’énergie nucléaire
La fission
La fusion
h: 6,62. 10-34
Constante de Planck

10. L’énergie électrique
Energie électrique W U I t
  

11. Bilan d’énergie
a p
utile u u
absorbée a a u p
P p
P P P
P P P P p


   

utile absorbée
P P

 
 
1
p absorbée
p P

  
Pabs
1 2 Pu
P’u
=1x2
1 2
utile
absorbée
P
P
  
  

12. 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
Chaleur
Méca : Rotation
Electrique
Mécanique

13. Production d’énergie électrique
Le nucléaire
1400MW / tranche
92 1 140 93 1
235 0 55 37 0
3
U n Cs Rb n
   
1% de l’uranium naturel
429 TWh/an2006

14. Production d’énergie électrique
Les centrales thermiques
19 TWh/an2006
Charbon
Fioul
Gaz

15. Production d’énergie électrique
Les 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

16. Production d’énergie électrique
Les centrales solaires

17. Production d’énergie électrique
Les éoliennes
3 2
P v r
 
   

18. Géothermie

19. 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%

20. Origine de la production
En France en 2009

21. Origine de la production
électrique (?)
1,00 tep = 4,19E+10 J = 1,16E+04 kWh = 1,16E-02 TWh
1 41855000000 11626,38889 0,011626389
2009 2008
Production 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 TWh
Hydraulique 5,60 M tep 29% 65 108 TWh par agent électricité : 44,50% 1 404 671 TWh
Agrocarburants 2,10 M tep 11% 24 415 TWh pétrole : 31% 978 535 TWh
Déchets urbains ren. 1,20 M tep 6% 13 952 TWh gaz naturel : 14,60% 460 858 TWh
Éolien 0,49 M tep 3% 5 697 TWh autres renouvelables : 5,40% 170 454 TWh
Pompes à chaleur 0,46 M tep 2% 5 348 TWh charbon : 4,50% 142 045 TWh
Biogaz 0,28 M tep 1,50% 3 255 TWh Énergies renouvelables 7,70% 243 055 TWh
Résidus de récolte 0,15 M tep 0,80% 1 744 TWh
Géothermie 0,11 M tep 0,60% 1 279 TWh Consommation totale (TFC) 144,70 M tep 1 682 338 TWh
Solaire thermique 0,04 M tep 0,20% 512 TWh
Solaire photovoltaïque 0,00 M tep - % 35 TWh par habitant 4,2 tep 0,049 TWh
total 19,14 M tep 100% 222 494 TWh
par secteur industrie : 25% 789 141 TWh
transports : 34,70% 1 095 328 TWh
ménages et tertiaire : 48% 1 515 151 TWh
agriculture : 3% 94 697 TWh
Électricité (2009)
Production 519 TWh
par filière nucléaire : 75,20% 390 TWh
hydro : 11,90% 62 TWh
éoliennes : 1,50% 8 TWh
Commerce extérieur (2008)
Importations électricité : 0,90 M tep 10 464 TWh
pétrole : 114,80 M tep 1 334 709 TWh
gaz naturel : 37,70 M tep 438 315 TWh
charbon : 12,40 M tep 144 167 TWh

22. 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

23. 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 ? ?
PN
U 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

24. Stockage de l’énergie:
Pile à combustible

25. Consommation Mondiale

26. 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