Vol 1 - Numéro 1

Entropie : thermodynamique – énergie – environnement – économie

Liste des articles

La revue Entropie offre un forum pour la publication de contributions originales et d’articles techniques complets de recherche interdisciplinaire et originale sur tous les thèmes autour de l’énergie, de son utilisation, et des processus de conversion, de thermodynamique physique, technique ou de thermo-économie, d’entropie sous ses diverses présentations, et bien d’autres sujets comme les propriétés des matériaux et des fluides….

Dans cet article, nous présentons des microgénérateurs thermoélectriques (μTEG) planaires réalisés en technologie Silicium compatible CMOS, et destinés à la récupération de toute forme d’énergie thermique. Ceux-ci utilisent des matériaux faible coût, abondants et respectueux de l’environnement. La captation de la chaleur est effectuée à l’aide d’un concentrateur, en Silicium. La configuration « semi 3D » développée utilise des membranes suspendues et nécessite, pour éviter de les casser, la mise en oeuvre de structures de maintien, appelées bossages. L’objectif de ce travail est d’évaluer l’amélioration des performances de conversion des μTEG résultant de la réduction des pertes thermiques latérales suite à l’anodisation sélective de ces bossages. La simulation thermique de μTEGs intégrant de tels bossages en Si poreux montre que les puissances générées pourront être augmentées jusqu’à 65%.

Quelques auteurs ont déterminé le comportement exergétique du corps humain dans des conditions standard. Certaines de ces études comprennent une estimation de l’espérance de vie basée sur l’association de la création d’ entropie / destruction exergétique et la théorie du taux de vie. Le métabolisme est connu comme source d’irreversibilité majeure dans le corps humain. Ainsi, les altérations métaboliques devraient affecter son comportement exergétique et, selon le théorie de taux de la vie, l’espérance de vie. Certains auteurs ont découvert que même les fumeurs sans maladies liées au tabagisme présentent un métabolisme plus élevé que les non-fumeurs, qui contribue à la prise de poids après l’arrêt du tabac. Selon la littérature médicale, le métabolisme des fumeurs est 20% supérieur à celui des non-fumeurs, en plus de l’effet thermogénique après avoir fumé des cigarettes. Dans le présent travail, l’analyse exergétique est appliquée au corps humain afin d’évaluer l’effet de l’augmentation métabolique chez les fumeurs sur le comportement exergétique et l’espérance de vie. L’analyse prend en compte les taux d’exergie dus à la convection, au rayonnement, à la respiration, à l’évaporation et au métabolisme exergétique. Un modèle thermique à segments multiples du corps humain disponible dans la littérature est utilisé pour effectuer une analyse énergétique. Les résultats de l’ exergie détruite intégrée sur la durée de vie indiquent qu’un fumeur détruit environ 730 MJ/kg d’exergie en plus qu’un non-fumeur jusqu’à l’âge de 73,5 ans, ce qui représenterait une diminution de 15 ans de l’espérance de vie pour ce groupe.

Ce travail présente une approche d’optimisation originale basée sur la thermodynamique optimale en dimensions physiques finies. Cette approche d’optimisation est appliquée sur un cycle organique de Rankine alimenté par une boucle solaire. Ainsi, la chaleur reçue par les capteurs solaires est transmise au cycle moteur afin de produire une énergie mécanique utile grâce à la détente du fluide de travail. Un développement analytique détaillé de l’optimisation du système énergétique est donc présenté dans l’objectif de maximiser la puissance mécanique produite. Cette démarche vise principalement l’optimisation en température, efficacité des échangeurs et les débits calorifiques.

Inventé en 1984 en quelques jours, le concept de fabrication additive s’est développé assez rapidement pour atteindre un marché de l’ordre de 40 Milliards €/an avec un taux d’augmentation annuel de 20%. Si la première technologie a été la polymérisation résolue dans l’espace de résines induite par de la lumière, d’autres modes de fabrication ont vu le jour depuis cette date fondatrice permettant la réalisation d’objets dans de multiples matières. A partir des premières preuves de concept, des améliorations incrémentales mono-disciplinaires ont été menées conduisant au succès actuel. Aujourd’hui d’autres espaces applicatifs se dessinent en exploitant l’aptitude de certains matériaux à changer de forme (et de fonctionnalité) en présence d’une stimulation. C’est ainsi que sont nées deux technologies soeurs, l’impression 4D et le bio-printing avec des marchés potentiels de l’ordre de plusieurs milliers de milliards €/an. Mais, pour que ces transitions aient le succès espéré, il faut accepter d’explorer le compliqué (4D) et le complexe (Bio-printing). Ce constat impose donc une réflexion épistémologique à laquelle les scientifiques doivent impérativement s’intéresser pour tenter de trouver des voies de progrès si l’on veut éviter de se cantonner dans son « quant-à-soi » avec une accumulation de preuves de concepts. Le présent article fait des rappels sur le thème de la fabrication additive, mais surtout tente de montrer comment la complexité s’est introduite silencieusement dans la dynamique de recherche sur le thème, elle-même limitée par une faiblesse numérique de chercheurs et par la difficulté ordinaire des traitements de problèmes inverses et des approches téléologiques en recherche.

Les formulations courantes du second principe de la thermodynamique lient entropie et temps de façon quasi-exclusive : « l’entropie d’un système isolé augmente avec le temps ». Et ceci, que ce l’on se rapporte à la formulation historique (Carnot, Clausius) ou statistique (Boltzmann, Gibbs). Cette présentation ne facilite pas une compréhension intuitive de l’entropie. De plus, elle ne permet pas de voir l’unité conceptuelle qui se cache derrière deux contenus très différents, l’un portant sur des quantités de chaleur divisées par des températures, l’autre sur un nombre d’états microscopiques assurant un même état macroscopique. Ces difficultés s’allègent à condition d’insister sur le rôle de la variable spatiale et ses gradients. Ainsi les deux formulations peuvent être reprises dans ce sens, la première en disant que « la chaleur va naturellement du chaud vers le froid », et la seconde en disant qu’« un système hétérogène isolé évolue de façon plus probable vers l’homogénéité ». On voit ainsi l’unité conceptuelle du second principe : il exprime que, dans un système isolé, des hétérogénéités, qu’elles soient de température ou d’autres paramètres, ont tendance à s’adoucir. Diverses questions sont examinées dans le même cadre : la notion d’équilibre, la question des échelles de temps et d’espace, la distinction entre travail et chaleur, le problème du temps etc.