Entropie : thermodynamique – énergie – environnement – économie

Entropie - ISSN 2634-1476 - © ISTE Ltd

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Dans cet article, après avoir rappelé la définition actuelle du terme « chaleur » on résume son évolution en se focalisant sur le mode de la conduction thermique. La notion de chaleur a été discutée dès l’antiquité que ce soit en Orient ou en Occident. D’abord basée sur les sensations de chaud et de froid la notion de chaleur a longtemps été confondue avec celle de température. Deux types de théories se sont développées parallèlement, les théories substantialistes et les théories mécanistes. Nous suivons la progression de ces deux types de théories depuis l’antiquité pour arriver aux théories actuelles. A l’origine étaient les catégorisations aristotéliciennes, puis on cite la théorie du phlogistique, celles du calorique et de l’éther pour lesquelles la chaleur est une substance mais on montre que dès l’antiquité le mouvement des corpuscules matériels a été également associé à la chaleur. Néanmoins, de nombreux chercheurs de la fin du 18ème siècle et du début du 19ème n’ont pas voulu prendre partie, comme Fourier, qui a formalisé la conduction dans son travail de pionnier et qui reste la référence. L’interprétation corpusculaire est désormais reconnue et a suivi l’évolution du reste de la physique avec l’apparition de la mécanique quantique. La conduction thermique a été ainsi associée aux interactions entre les particules ainsi qu’aux vibrations atomiques dans les solides. Dans ce contexte, l’introduction de la quasi-particule phonon a permis une grande partie des développements actuels.

Dans la recherche sur l’origine de la vie, on identifie d’abord des thèmes qui peuvent être considérés comme raisonnablement partagés par la généralité des chercheurs. L’application de ces principes aux résultats obtenus avec le modèle mathématique de simulation des processus agrégatifs développé par les auteurs (et objet de publications anté-rieures) conduit à la conclusion que la formation primordiale de structures autoréplicatives est difficile à concilier avec la dynamique agrégative déterministe au sens classique du terme. Quoi que ce soit la mesure dans laquelle le processus est gouverné par le hasard ou par des codes agrégatifs écrits dans les lois de la chimie, aucune causalité conventionnelle n’est probable. En effet, lorsque le modèle est appliqué à la simulation de processus agrégatifs en l’absence d’éléments direc-teurs (c’est-à-dire des agents porteurs de codes, également capables de favoriser les effets catalytiques), comme cela a probablement été le cas dans le monde prébiotique, la formation répétitive et ordonnée de structures suffisamment com-plexes implique un déficit d’entropie difficile à justifier dans un contexte classique. Une seule issue semble possible : l’exis-tence d’ensembles d’informations affectant l’évolution du système selon des modalités différent de ceux qui se réfèrent à l’écoulement du temps perçu. Les possibilités offertes par la mécanique quantique et ses interprétations les plus récentes sont donc explorées pour tenter de clarifier, au niveau de la physique des particules, cette conjecture énigmatique et non conventionnelle.

Que cela concerne la possibilité de rester dans des paradigmes anciens ou, au contraire, à de nouveaux espaces de réflexion conduisant à de réelles ruptures conceptuelles, la société demande de la créativité (invention, innovation). Il n’y a pas qu’une continuité rassurante dans cette pression exercée sur les concepteurs à cause de tendances lourdes liées au changement climatique, à l’épuisement des réserves, aux relations interindividuelles locales et internationales, etc. Si pour une part importante, cette démarche est plutôt personnelle, avoir une (bonne) idée sans échanger avec différents partenaires ne mène généralement pas loin. Il faut envisager, d’une manière plus globale, interdisciplinaire et prospective, la mise en traduction et en approfondissement de l’amorce d’une idée afin de faire émerger des solutions réalistes au niveaux scientifiques et/ou techniques. Pour que l’intelligence soit collective ou collaborative, encore faut-il qu’elle soit effectivement partagée. Elle fait prendre conscience, dans des démarches heuristiques, de la variété et de la complexité de l’idée et accepter l’hétérogénéité de chaque pensée, des solutions, des pratiques et des comportements. Le but de ce travail collectif est de définir un chemin critique par lequel l’organisation va créer de la valeur.

La transition énergétique met en lumière les systèmes de micro-cogénération à pile à combustible pour les usages résidentiels, dont un est une Pile à Combustible à Oxyde Solide, alimentée au gaz naturel, conçue pour fournir continuellement 1,5 kWel avec une efficacité électrique exceptionnellement élevée attendue de 60% (pouvoir calorifique inférieur). Cette puissance de sortie peut être modulée à volonté jusqu’à 500 Wel et la chaleur peut également être récupérée pour contribuer partiellement à la demande de chauffage du ménage. Ce système a été installé au laboratoire et a été spécifiquement instrumenté afin d’évaluer ses performances thermiques à différents régimes de puissance électrique. Dans cet article, l’accent est mis sur le rendement thermique résultant et les efficacités, tant thermiques qu’électriques, qui ont également été modélisées. Avec plusieurs sorties de puissance électrique entre 500 et 1500 Wel, cette étude montre des efficacités totales (pouvoir calorifique supérieur) jusqu’à 88-89% à des températures de retour minimales (autour de 20°C) du circuit de récupération de chaleur. L’efficacité électrique maximale obtenue est égale à 57% (pouvoir calorique inférieur) à puissance nominale, ce qui est proche de l’objectif de 60% du fabricant.

Cet article est dédié à l’analyse des effets de l’induction magnétique sur la perte fer et les éléments des schémas équivalents d’un domaine ferromagnétique soumis à cette induction en utilisant un domaine ferromagnétique parallélépipédique soumis à un flux magnétique uniaxial. L’induction B produite par une source connue solidaire au domaine provoque la saturation du domaine. Ce dernier augmente sa consommation et voit la décroissance des valeurs des résistances et des réactances de ses schémas équivalents face à la source productrice de l’induction. L’augmentation de la perte fer et la diminution des valeurs des éléments passifs des schémas équivalents sont confirmées par la diminution de la résistivité et de la perméabilité du domaine en Modèle Tension où les éléments RL sont en parallèle comme en Modèle Courant où les éléments RL sont en série. Ce phénomène est visible lors de la vérification de la dualité parallèle-série des schémas équivalents du domaine face à la source inductrice.

La bioéconomie est une nouvelle approche des relations entre l’économie et l’environnement qui a été développée par N. Georgescu-Roegen (1906-1994), un grand économiste du XXième siècle qui fut aussi mathématicien, philosophe et historien des sciences. L’économie, en tant que sous-système de la biosphère, est appréhendée dans un contexte écologique global. Par ailleurs, elle est indissociable de la dimension historique du développement des sociétés du fait de l’accès limité à un stock de ressources (énergie et matière) prélevés dans l’environnement. Cette orientation originale vise finalement à réconcilier le développement économique avec les contraintes écologiques et à conduire l’économie vers la sobriété.

Le cycle dit “ Pompe à vapeur d’eau“ se définit par le recyclage sélectif de la vapeur d’eau véhiculée par les produits de combustion en sortie de machine thermique par échange de masse et de chaleur entre les produits de combustion sortant et l’air atmosphérique entrant. Avec le combustible hydrogène, cette forme de combustion humide, est susceptible de très fortes performances énergétiques et écologiques. Dans ce contexte, nous présentons ici le Diagramme Hygrométrique de Combustion (DHC) de l’hydrogène et appliquons cet outil pour anticiper les performances énergétiques de ce nouveau combustible dont le PCS dépasse de 18% son PCI. Ces anticipations concernent aussi le cas des turbines à gaz en cas de combustion humide qui, par ailleurs sont, a priori, fortement consommatrice d’eau additionnelle. La formation de panache d’eau atmosphérique, le « coût » de son élimination, la possible pollution résiduelle due aux NOx sont également présentés, cela concernant l’utilisation du combustible hydrogène dans toutes les machines thermiques à combustion, y compris dans les piles à combustibles. Toutes applications confondues et dans un contexte de cogénération, la combustion humide dont le cycle dit « pompe à vapeur d’eau » fait partie, augmente la température de rosée des produits de combustion d’environ 10°C et favorise une récupération exploitable d’énergie approchant 100% du pouvoir calorifique supérieur du combustible (100% du PCS). Ce qui est important à souligner avec le combustible hydrogène.