Vol 5 - Numéro 2

Entropie : thermodynamique – énergie – environnement – économie

Liste des articles

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.

Le développement exponentiel des usages du numérique impose des évolutions en génie des procédés de transformation de la matière et de l’énergie en termes de formations, mais également en inventions d’origines variées pour le renouveau de la discipline soumise à des contraintes environnementales fortes. Cette situation de quasi-rupture doit se traduire par une meilleure créativité avant d’arriver à des innovations de rupture ou incrémentales. Pour atteindre cet objectif, il est parfois profitable de rapprocher deux domaines normalement disjoints pour faire émerger des idées suffisamment robustes pour devenir appliquées. Cet article traite de cette méthode en s’appuyant sur le biomimétisme. Tirer profit des ingéniosités de la nature peut-elle favoriser l’émergence d’inventions anthropocentrées et d’ainsi accélérer l’innovation dans le domaine du génie des procédés ? C’’est le questionnement des auteurs illustrant dans leur quête les opportunités d’une telle démarche de rapprochement avec ses avantages, mais également les limites actuelles de ce dernier.

En examinant les programmes d’études de nombre d’écoles d’ingénieurs françaises, leurs visions globales se traduisent par des catégories éducationnelles orientées vers des apprentissages théoriques, rationnels et déterministes généralistes et orientés vers les cibles applicatives principales. Les liens avec les milieux industriels se développent pour une part importante par le biais de stages qui élargissent la vision un peu fermée que leur procure leur Ecole. Cette situation est issue de l’histoire avec le besoin de la maîtrise des modèles mathématiques pour concevoir des structures, des armes, des ponts, des usines, des procédés de transformation de la matière et de l’énergie, etc. Ce que l’on observe, c’est la diminution des ères technologiques depuis le charbon, l’électricité, l’électronique avec un environnement de plus en plus contraint et des demandes de dispositifs de plus en plus sophistiqués, à durée de vie de plus en plus courte, dans un contexte social changeant. La question posée dans cette réflexion est d’analyser si l’impact des tendances lourdes rapidement évoquées est susceptibles de remettre en cause, au moins en partie, les fondamentaux des formations actuelles. Ce que nous montrons, c’est l’importance des concepts de rigueur qui doivent toutefois s’élargir par différentes voies à d’autres domaines en favorisant la créativité, l’imagination, l’agilité pour rapprocher le travail de l’ingénieur de la demande sociale de nouveaux besoins. Pour l’instant, il s’agit pour les auteurs d’une démarche flexible/adaptative qui doit favoriser les modes de création de la part des étudiants, la maîtrise du doute, l’interdisciplinarité et la gestion de la complexité dans le développement des procédés industriels.

L’analyse de processus très irréguliers s’appuie souvent sur la recherche d’une tendance, courbe moyenne représentant l’allure générale du phénomène observé. Si l’être humain est plus ou moins capable de tracer une telle courbe à main levée, de façon intuitive, sa détermination objective est très délicate. La méthode des moyennes mobiles étant l’une des plus utilisées dans la recherche de tendances, on se propose ici d’étudier quelques propriétés de ces moyennes mobiles (essentiellement moyenne et variance). On montre alors qu’elles peuvent servir de support à la détection de fenêtres d’observation caractéristiques, conduisant à des tendances structurelles du signal analysé. La notion de tau-moyenne (tendance obtenue par une moyenne mobile à fenêtre variable) est également réexaminée. Enfin, en annexe, on présente le détail de la procédure de calcul.