Entropie : thermodynamique – énergie – environnement – économie

Entropie - ISSN 2634-1476 - © ISTE Ltd

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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.

L’objectif de ce travail est d’améliorer les connaissances sur la caractérisation thermo-physique des murs opaques en comparant trois méthodes numériques sur un mur expérimental en maçonnerie de brique. La démarche développée ici consiste à effectuer une identification paramétrique des propriétés thermophysiques du mur considéré (à savoir la conductivité thermique λ et la capacité thermique ρ.cp), en comparant et en minimisant la différence entre les résultats des tests expérimentaux et ceux résultant du modèle numérique. Le dispositif expérimental est constitué d’un caisson thermique à ambiance contrôlée traversé par un radiateur à bain thermostatique placé du côté opposé au mur. Le mur expérimental est un mur massif en brique (6 cm × 11 cm × 22 cm) avec des joints de mortier d’une épaisseur totale de 34 cm. Il constitue l’une des quatre faces latérales du caisson. Trois différentes méthodes ont été examinées : la méthode analytique utilisant la matrice de transfert de chaleur, la méthode des éléments finis utilisant le logiciel COMSOL® multiphysics, et la méthode du modèle de noeud d’air de zone (Air node zone) utilisant le Type 56 du logiciel TRNSYS®. Les résultats obtenus sont satisfaisants pour la conductivité thermique λ et pour la capacité thermique ρ.cp pour les trois méthodes étudiées.

Ce papier s’intéresse aux modèles utilisés dans les études de performances des systèmes de conversion de l’énergie. Ces modèles sont définis vis-à-vis de la présence ou non des irréversibilités internes ou/et externes. On en distingue alors quatre types soient le réversible (de Carnot), l’endoréversible, l’exoréversible et l’irréversible. Ce recueil présente les caractéristiques de chaque modèle et de ses applications possibles. Une attention particulière est portée sur le modèle endoréversible qui, relié à la méthode de décomposition hiérarchisée du système, pourra bien donner des résultats très satisfaisants quant aux études conceptuelles et opérationnelles avec une computation aisée. Le modèle irréversible reste toujours un modèle approché vu qu’on ne peut modéliser toutes les irréversibilités dans une même formulation ; ce qui a contraint les chercheurs à prévoir des relations empiriques pour ce type de modèle. Ce recueil, avec les exemples traités, sera une base aux chercheurs dans laquelle ils peuvent avoir des idées regroupées sur les modèles d’investigation des performances des systèmes énergétiques et environnementaux.

Le bio-printing issu des technologies de fabrication additive se développe en termes de recherches scientifiques parce qu’avec cette technologie récente il y aurait possibilité, avec des cellules souches des personnes atteintes de maladies graves, de recréer un jour des organes déficients sans qu’existent des rejets de la part des patients malades puisque ces organes seraient recréés à partir de cellules saines compatibles. Ce que l’on observe c’est une augmentation quasi-exponentielle du volume des publications expérimentales alors que la modélisation des processus de croissance et de différenciation cellulaire reste peu explorée. Pour autant, le bio-printing nécessite la convergence de nombreuses disciplines scientifiques, ce qui impose une réflexion épistémologique visant la fabrication robuste d’organes. Faute de la possibilité de rencontre entre spécialistes scientifiques concernés, la modélisation mathématique permet de tenter de trouver de possibles chemins existant entre extraction de cellules saines d’un patient et réalisation potentielle d’un tissu, voire d’un organe. Le but de ce travail est d’illustrer cette potentialité permettant de savoir quelles questions poser aux biologistes pour avancer sur ce sujet (en particulier), mais également de connaître les limites de ce type d’exercice.