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Entropie : thermodynamique – énergie – environnement – économie

Entropy: Thermodynamics – Energy – Environment – Economy




Entropie - ISSN 2634-1476 - © ISTE Ltd

Objectifs de la revue

Aims and scope

Le premier éditorial de la revue Entropie annonçait, en 1965, que la thermodynamique est à la base de nombreuses applications industrielles, mais aussi de techniques de pointe (aérospatial, physique des particules et de l’univers, métrologie). Elle est une science de l’énergie et de l’entropie, branche qui étudie les propriétés des matériaux et des fluides, les processus de conversion.

 

Mais depuis lors, il est aussi apparu que la thermodynamique et l’énergie avait un rôle majeur dans le monde du vivant et de son évolution. Cet aspect fait donc partie intégrante des thèmes de la revue, de même que la relation à l’environnement et l’économie : ne parle-t-on pas de thermo économie, de changement climatique avec la dérive en température, notion thermodynamique s’il en est.

 

En résumé, la « nouvelle édition » d’Entropie confirme les thèmes majeurs antérieurs fondamentaux et appliqués, mais y ajoute une ouverture sur des applications diffuses de tous les jours dans nos sociétés, et de nouvelles rubriques du côté du monde du vivant, puis de l’économie (thermo-économie) et de l’environnement par une approche systémique.

 

Publication Ethics and Malpractice Statement

In 1965, the first edition of the journal Entropie announced that thermodynamics was the basis for many industrial applications, but also for advanced techniques (aerospace, particle and universe physics, metrology). It is a science of energy and entropy, a branch that studies the properties of materials and fluids, conversion processes.

 

But since then, it has also become clear that thermodynamics and energy have a major role in the living world and its evolution. This aspect is therefore an integral part of the themes of this journal, as well as the relationship with the environment and the economy: are we not talking about thermo-economics, climate change with the temperature drift, a thermodynamic notion if ever there was one?

 

In summary, the "new edition" of Entropie confirms the previous major fundamental and applied themes, but also opens up to various everyday applications in our societies, and offers new sections on the living world, on the economy (thermo-economics) and the environment through a systemic approach.

 

Publication Ethics and Malpractice Statement

Numéros parus


Derniers articles parus

Un état de l’art des applications du système d’information géographique, des principaux critères de sélection et des données disponibles pouvant être utilisées dans le processus de sélection de sites pour les parcs éoliens offshore flottants
Krzysztof Szczepaniec, Fergal O’Rourke, Peter Ryan

The energy crisis, global warming, and rising energy consumption have positioned renewable energy as a priority from national and international planning perspectives. Not only to reach the goals of the renewable energy mix, but also as part of overall energy security strategy. Rising energy prices and supply concerns have made the need for energy changes tangible for society and have increased public awareness of renewable energy. To achieve its renewable energy targets, Ireland has placed a focus on the development of offshore wind energy projects, due to its massive potential in the region. Other regions have already commenced the deployment of large-scale offshore wind farms and the technology is now competitive with fossil fuels. This work presents a comparison of Geographic Information System (GIS) applications and Multi-Criteria Decision-Making (MCDM) methods applied in the process of multicriteria site selection for Floating Offshore Wind Farms (FOWF) and highlights current trends in FOWF site selection and characterisation. This work is an objective review of the methodologies applied by researchers and a discussion of their adequacy to find the answer to the research questions posed by industry. Furthermore, it outlines the limitations of the methods and comments on the chosen criteria in the context of reaching the researches objectives. It also highlights the suitability of the industry standards methods and best practices. Finally, the work attempts to map the next steps that shall be taken to improve the methodology for criteria selection.


Application de l’apprentissage automatique dans les systèmes énergétiques - une analyse comparative de trois études de cas de revue
Michael Rath, Naga Lokesh Gunturu Venkata, Kiran George, Jayares Prince

La croissance exponentielle du nombre d’articles publiés annuellement dans le domaine des applications d’apprentissage automatique dans les systèmes énergétiques représente un défi pour les chercheurs cherchant à mener des revues de littérature exhaustives et efficaces. Pour répondre à cette problématique, nous avons adopté une approche systématique de revue de littérature avec trois études de cas distinctes se concentrant sur l’application de l’apprentissage automatique dans les systèmes énergétiques, à savoir : 1. L’apprentissage automatique dans le forage, 2. L’apprentissage automatique pour la quantification du potentiel énergétique solaire des toits, et 3. L’apprentissage automatique dans le chauffage urbain et le refroidissement dans le contexte du stockage saisonnier de l’énergie thermique. Dans chaque cas, nous avons utilisé une méthodologie de revue de littérature systématique. Pour le premier sujet, nous avons utilisé une revue complète existante pour générer de nouvelles perspectives et des informations supplémentaires. Pour les sujets deux et trois, nous avons utilisé des critères de recherche prédéfinis pour mener des publications pertinentes de manière systématique et reproductible. Nous étudions l’état de l’art de l’utilisation de l’apprentissage automatique dans ces domaines d’investigation distincts, facilitant ainsi l’identification des lacunes en recherche. En fin de compte, nous comparons les approches et les modèles utilisés dans chaque domaine, identifions les bonnes pratiques communes et proposons des méthodes pour relever les défis potentiels.


Stockage d’énergie à air comprimé avec des turbomachines et des machines à piston à fonctionnement reversible
Markus Hadam, Marcus Budt

Adiabatic compressed air energy storage (A-CAES) is a promising storage technology to face the challenges of high shares of renewable energies in an energy system by storing electric energy for periods of several hours up to weeks. In order to reduce the investment costs and increase the flexibility of the storage system, the so called KompEx LTA-CAES® was developed by Fraunhofer UMSICHT. This new A-CAES concept is using a combination of reversibly operable turbo- and piston machines (KompEx machines). Doing so, these modules can achieve wide CAS pressure ranges (corresponding to high exergy densities) and thus can be combined with any compressed air storage volume. To realize efficient and stable operation despite a wide pressure range, a suitable control strategy of both KompEx machines is required. This paper investigates the introduced A-CAES system by a dynamic simulation, focusing on the interaction and synergy between the reversibly operable turbo- and piston machines. Results indicate that the roundtrip efficiency of this system is expected to be at the low end (55,5%) of literature values for A-CAES (52–66% for low-temperature A-CAES), which is relatively high compared to published A-CAES systems considering similar pressure ranges.


Analyse thermodynamique d’une P.A.C. haute temperature a fluide naturel a bas G.W.P. pour renforcer le processus de chauffage d’un réseau de chauffage
Mohsen Sadeghi, Tage Petersen, Zhenyu Yang, Benjamin Zühlsdorf, Kim Stenholdt Madsen, Ahmad Arabkoohsar

High-temperature heat pump (HTHP) is a promising technology for decarbonization of process heating through electrification and energy efficiency. Exploiting the potentials requires a simultaneous optimization of the cycle layout and the working fluid. This paper proposes an efficient cascade HTHP and optimizes its thermodynamic performance. Using steam for high-temperature loop and use of alternative hydrocarbons for low-temperature loop are examined. On the application level, district heating is considered as a heat source and evaluated for different supply temperatures, including 80 °C, 70 °C and 40 °C. The results reveal that pentane with highest critical temperature among the suggested hydrocarbons, shows the best energy performance to be paired with steam in the proposed cascade HTHP system. However, concerning the hydrocarbon compressor volumetric heating capacity (VHC) and safety issues, butane is an excellent candidate. In addition, when the heat available in the main transmission lines of district heating unit is considered as the source cooled from 80 °C down 70 °C, the highest value of coefficient of performance (COP) is achieved as 2.74 for the sink condensation temperature of 160 °C.


Editorial numéro spécial IREEC 2
Lakdar KAIROUANI, Philippe HABERSCHILL

Le laboratoire d’énergétique et environnement de l’école nationale d’ingénieurs de Tunis et le centre d’énergétique et thermique de Lyon se sont associés en mars dernier pour organiser le second colloque international froid énergie et environnement (IREEC2). Ce colloque qui a réuni une centaine de participants, a été organisé avec l’appui de la société tunisienne de dessalement et de l’association tunisienne de réfrigération et climatisation sous l’égide de l’institut international du froid et de l’Association française du froid. Plus de cinquante communications ont été présentées en trois ateliers parallèles ainsi que six plénières. Un franc succès a été remporté par ces présentations dont nous avons retenus quelques exemples marquants qui font l’objet de ce numéro spécial d’Entropie.


Etude Numérique de l’Influence des Conditions Opératoires sur l’Efficacité Globale d’un Système Photovoltaïque Thermique (PVT)
Badiaa RTIMI, Hiba AKROUT, Hanen AJARI, Khaoula HIDOURI, Ali BENHMIDENE

Les panneaux photovoltaïques (PV) sont largement utilisés dans les systèmes d’énergie solaire, convertissant directement la lumière du soleil en électricité. Avec la demande croissante de sources d’énergie renouvelable, les panneaux PV ont suscité une attention considérable en raison de leur capacité à générer une énergie propre et durable. Cependant, la performance des panneaux PV est influencée par divers facteurs tels que la conception, les matériaux utilisés ainsi que les facteurs environnementaux. Le refroidissement est un aspect crucial dans le fonctionnement des panneaux PV car les températures élevées peuvent avoir un impact significatif sur leur efficacité et leur performance globale. Le refroidissement à l’eau chargée en nanofluides s’est révélé être une stratégie prometteuse pour atténuer les problèmes liés à la température et améliorer la production d’énergie des panneaux PV. Ce résumé se concentre sur l’application des techniques de refroidissement à l’eau chargée en nanofluides dans les panneaux PV et leur impact sur les performances. Cet article explore l’influence de paramètres tels que le débit massique, la concentration en nanofluides et le type de nanofluide sur la réduction de la température des cellules et les efficacités thermique et électrique résultantes d’un panneau PV situé dans la région de Gabès. L’étude examine trois cas : un panneau PV autonome, un système PV/T avec refroidissement à l’eau et un système PV/T avec refroidissement aux nanofluides. Afin de maximiser l’interaction entre le fluide de refroidissement et la face arrière du panneau solaire, les fluides testés circulent à travers un échangeur de chaleur rectangulaire.


Analyse prédictive de l’utilisation des matériaux à changement de phase pour augmenter la stabilité d’un étang solaire à gradient de sel
Karim Choubani, Sirine Dhaoui, Ons Ghriss, Abdallah Bouabidi

Les étangs sont des larges étendues formées essentiellement de trois zones stratifiées en densités : une zone de stockage d’énergie (couche inférieure convective "LCZ"), une zone d’isolation thermique (couche à gradient "NCZ") et une zone de protection de système contre les aléas naturels tels que le vent et la poussière (couche convective supérieure "UCZ"). La performance et l’efficacité thermique des bassins solaires dépendent de la stabilité de la couche à gradient. Cette dernière, sujette à la double diffusion moléculaire chaleur masse et aux mouvements hydrodynamiques (double diffusion convective) tend à s’homogénéisée. La coexistence des différentes diffusions dans la stratification constitue des phénomènes d’instabilités complexes dont la physique est mal connue jusqu’à ce jour. Dans cette étude, des expériences préliminaires ont montré que la stabilité d’un étang solaire pourrait être augmentée en utilisant des matériaux à changement de phase (PCM) placés au fond de la couche de stockage.


Simulation d’un four solaire type "boite" par la méthode de Runge-Kutta et optimisation de la quantité à chauffer par une étude exergétique
Tahar Kateb

Parmi les applications thermiques de l’énergie solaire, la cuisson solaire est considérée, comme l’une des options les plus simples, les plus viables et les plus attractives en termes d’utilisation de l’énergie solaire. Dans les régions montagneuses isolées, ou dans le désert où les ressources en énergie de bois sont en constante décroissance alors que les besoins en matière de chaleur ne cessent de croitre, la cuisson solaire des produits alimentaires apparaît alors comme le moyen idéal pour remédier à ce problème. La présente étude porte sur la simulation numérique d’un prototype de cuiseur solaire. Ce dispositif est conçu pour assurer la cuisson alimentaire grâce au rayonnement solaire qui sera capté et piégé pour atteindre des niveaux de température favorables à une cuisson alimentaire saine. La modélisation du prototype du cuiseur solaire étudié est réalisée en introduisant les différents échanges thermiques mis en jeu entre les différents éléments du cuiseur solaire. Nous présentons une analyse des résultats de la simulation numérique du système traitée à l’aide du logiciel MATLAB avec un algorithme de calcul basé sur la méthode de Runge-Kutta. Une analyse de l’exergie du four solaire étudié, est effectuée pour analyser et optimiser le fonctionnement du four.


Optimisation d’un piston hydro-CO2 à haute efficacité pour la réfrigération commerciale
François FARALDO, Philippe LOISEAU, Paul BYRNE

Cet article présente un nouveau système thermodynamique développé pour générer simultanément de l’énergie calorifique chaude et froide pour les processus industriels. Il dispose d’une efficacité accrue par rapport aux systèmes commercialisés et actuellement présents dans l’état de l’art. Le piston hydro-CO2 combine trois innovations contre-intuitives avec le fonctionnement de cycles thermodynamiques discontinus et ralentis ou le travail mécanique est transféré au fluide frigorigène par un circuit hydraulique sur la base de cycles transcritiques modifiés de Carnot et Rankine. Cela permet de faire fonctionner le cycle sous des transformations thermodynamiques inhabituelles telles que la compression isotherme et la détente pluri-phasique isentropique. Les cycles sont adaptés à la demande et les irréversibilités sont minimisées pour rentre la production/valorisation de froid/chaud très efficace et rentable. Cette étude se centre sur l’analyse énergétique de la technologie pour la production de froid commercial négatif (-20°C) et positif (0°C). Les résultats sont basés sur des études numériques et des modèles validés à l’aide d’outils numériques (EES, Python) et de bases de données thermodynamiques (REFPROP). Les résultats de la simulation comparent les unités frigorifiques de CO2 transcritiques (STC) au piston hydro-CO2 au travers de deux études de cas. Les résultats montrent une augmentation de COP allant de 38 à 112 % et démontrent l’efficacité énergétique et potentiel de réduction de l’impact environnemental de la technologie proposée.

Comité de rédaction


Rédacteur en chef

Michel FEIDT
Université de Lorraine
michel.feidt@univ-lorraine.fr


Rédacteur en chef adjoint

Philippe GUIBERT
Sorbonne Université
philippe.guibert@upmc.fr


Membres du comité

Ali FELLAH
Université de Gabès
Tunisie
al.fellah@gmail.com

Francois LANZETTA
Université de Franche-Comté
francois.lanzetta@univ-fcomte.fr

George DARIE
Université Politehnica de Bucarest
Roumanie
geo@energy.pub.ro
 
Lazlo KISS
Université du Québec à Chicoutimi
Canada
Lazlo_Kiss@uqac.ca
 
Alberto CORONAS
Université Rovira i Virgili
Espagne
alberto.coronas@urv.cat
 
Gianpaolo MANFRIDA
Université de Florence
Italie
gianpaolo.manfrida@unifi.it
 
Phillipe MATHIEU
Université de Liège
Belgique
mathieu.phillipe7@gmail.com
 
Vincent GERBAUD
Université de Toulouse
vincent.gerbaud@ensiacet.fr
 


Merci de mentionner un ou plusieurs relecteurs dans le formulaire de soumission.


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