Analyse entropique et exergétique des systèmes énergétiques par des représentations géométriques

Geometric representations of exergy

• Auteur / Autrice : Yvain Canivet
• Direction : Diogo Queiros-Condé
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique, génie des procédés
• Date : Soutenance le 06/12/2017
• Etablissement(s) : Paris 10
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Connaissance, langage, modélisation (Nanterre)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Energétique Mécanique Electromagnétisme (Nanterre)
• Jury : Président / Présidente : Michel Feidt
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Diogo Queiros-Condé, Michel Feidt, Fethi Aloui, François Lanzetta, Lavinia Grosu, Pierre-André Jouvet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fethi Aloui, François Lanzetta

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse des systèmes

Développement durable

Méthodes graphiques

Exergie

Mots clés libres

Exergie

Entropie

Exergo-Graphie

Anergie

Diagramme de Sankey

Représentation fractale

Exergy

Exergo-Graphy

Anergy

Entropy

Sankey diagram

Fractal analysis

Résumé

À l’heure de la prise de conscience de la finitude des ressources et du besoin grandissant d'énergie, la notion de développement durable doit prendre une place centrale dans l'évolution de la société. Pour atteindre ce but, il est maintenant reconnu, qu'un changement de consommation profond est nécessaire ; et ce, qu'il s'agisse de consommation énergétique, alimentaire ou de produits finis. Nous croyons que ce changement de paradigme n’est possible que si tous les acteurs avancent de concerts sur les différentes problématiques auxquelles nous sommes confrontées. Chacun à son échelle doit ainsi pouvoir prendre les décisions qui s'imposent à tous. C'est la logique qui a motivé l'outil d'exergo-graphie présenté dans le chapitre 3. Inscrit dans la lignée des diagrammes de Sankey, il permet de représenter les bilans exergétiques sous forme graphique afin d’en communiquer plus facilement les enseignements. Nous l’appliquons à deux cas d'analyses faites sur les installations de chauffage et de production d’ECS du bâtiment A de l’UPN. Pour chacune, nous étudions la possibilité d’une solution de production durable de la chaleur (PAC géothermique et solaire thermique). Après en avoir présenté les analyses, nous en dressons les représentations graphiques que nous comparons à celles du système actuel. Au préalable, le chapitre 1 introduit les concepts de base de l’analyse exergétique, approfondis dans le chapitre 2, au travers d’une modélisation des systèmes fluides statiques et dynamiques. Finalement, dans le chapitre 4, nous introduisons un modèle-jouet qui, proposant une représentation fractale de la chaleur, tente d’établir un lien conceptuel entre le comportement microscopique, statistique, du support de la chaleur, et les observables macroscopiques qui la caractérisent.

At this time of awareness of the finiteness of resources, and of increasing needs for energy, the concept of sustainable development must play a central role in the forthcoming developments of our society. To do so, it is now an accepted fact that a deep change of our consumption habits is necessary; whether it is energy, food or final goods consumption. We believe this paradigm shift is only possible if all actors face together the various issues we are dealing with. Everyone, at one own scale, must be able to make informed decision. This is the idea that leads to the exergo-graphy tool presented in chapter 3. In line with the so called Sankey diagrams, it allows to graphically represent exergy balances in order to communicate more easily on their lessons. We apply it to two analysis done on the heating and DHW installations of the building A of the UPN. For each, we investigate the possibility of a sustainable heat production solution (geothermal heat pump and solar thermal energy). After presenting the analyses, we draw their graphical representations which we then compare to those of the current system. Beforehand, the first chapter introduces the basic notions of exergetic analysis, discussed further in chapter 2, through a model for static and dynamic fluid systems. Finally, in chapter 4, we introduce a toy-model which, proposing a fractal representation of exergy, tries to establish a conceptual link between microscopic, statistical, behaviour of heat background support, and the macroscopic observables that characterize it.