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Rendement énergétique : l'article que je proposerais à Wikipédia
Je proposerais volontiers à Wikipédia cet article sur le rendement énergétique si ma probabilité d'y être censuré n'était pas de 95%
Les 95% censurés le sont dans des conditions toujours rocambolesques
Mais passons aux choses sérieuses et voyons ce que dit notre encyclopédie contributive sur le rendement en question:
Citation :Le rendement (énergétique) a toujours une valeur comprise entre 0 et 1 (ou 0 et 100 %), alors que l'efficacité énergétique en thermodynamique peut prendre n'importe quelle valeur positive suivant le système considéré.
Wikipédia; rendement énergétique
Ce refus de prendre en compte le fait que la règle du rendement maximum théorique de 100% est fausse en thermodynamique n'est pas propre à Wikipédia. Il est encore actuellement à l'origine de confusions désastreuses par leurs conséquences concernant notre gestion de l'énergie et notre politique énergétique
Le mécanisme de cette erreur parfaitement d'actualité est à chercher à la fois dans son origine historique et dans un problème de société très actuel
A – Le rendement des machines simples
Historiquement, le souci d'économiser sa peine ou son énergie s'est imposé automatiquement avec la mise en oeuvre des machines simples telles que poulie, palan, engrenage, roue hydraulique.
Celles-ci ont notamment été étudiées au 18ème siècle par Lazare Carnot, le père de Sadi Carnot, le fondateur de la thermodynamique, qui, plus tard, reprendra et élargira ses idées avec son célèbre opuscule : « Réflexions sur la puissance motrice du feu », paru vers 1828
L'étude des machines simples aboutit à la loi suivante
Leur rendement énergétique maximum théorique est de 100% et il correspond à un fonctionnement réversible de ces machines.
Considérons par exemple le dispositif où deux masses identiques A et B sont suspendues aux deux extrémités d'un fil de masse négligeable passant sur une poulie.
On peut utiliser la descente de A pour élever B et inversement.
Mais, étant donné que la poulie présente des frottements, il faut mettre une surcharge non négligeable sur la masse que l'on veut faire descendre pour faire monter l'autre
Le travail fourni par la descente de (masse + surcharge) est supérieur à celui reçu par l'autre masse pour la faire s'élever.
Le rendement énergétique d'un dispositif quelconque est défini par le rapport
énergie fournie par ce dispositif / énergie reçue par ce dispositif.
Avec le meilleur dispositif imaginable,
- le fonctionnement du dispositif devient réversible, c'est à dire qu'une surcharge de masse négligeable, placée soit sur A, soit sur B peut faire évoluer le dispositif soit dans un sens, soit dans l'autre
- le rendement, appelé aujourd'hui "rendement énergétique", atteint alors sa limite maximum théorique de 100%
Le rendement réel, toujours plus ou moins inférieur à 100%, d'une machine simple quelconque est utilisé comme indice d'optimisation des performances du dispositif.
La différence entre le rendement réel et le rendement maximum théorique correspond à une dégradation de l'énergie, c'est à dire à une transformation d'énergie mécanique en chaleur
B – Avec l'apparition de la thermodynamique, des moteurs thermiques et des pompes à chaleur, la règle du rendement maximum théorique de 100% devient fausse
Le refus de prendre en compte cette réalité est encore actuellement à l'origine de confusions gravissimes concernant notre gestion de l'énergie et notre politique énergétique
Cette confusion s'est produite en deux étapes : d'abord avec les études consacrées aux moteurs thermiques, ensuite avec celles consacrées aux pompes à chaleur.
Dans un premier temps, la découverte du fait que le rendement théorique maximum, correspondant au moteur thermique de Sadi Carnot, est toujours nettement inférieur à 100% aurait dû logiquement amener à lever la confusion qui existait entre le rendement énergétique d'un moteur thermique et son degré d'optimisation
Malheureusement, ce fait que le rendement de Carnot soit un rendement maximum théorique et qu'il soit en même temps nettement inférieur à 100% n'a servi qu'à conforter l'idée fausse qu'un rendement réel est toujours inférieur à 100%.
Cette idée fausse va être contredite par les faits dans la seconde étape, c'est à dire avec le développement des pompes à chaleur, et va donner lieu à l'entourloupe du COP, « coefficients de performance », qui n'est en réalité rien d'autre qu'un rendement énergétique supérieur à 100%.
C – Rendement théorique maximum du moteur de Carnot
Prenons l'exemple simple d'un moteur de centrale thermique fonctionnant dans les conditions suivantes :
- température extérieure de 12°C, soit
T2 = 285 kelvins
- température des parois fournissant la chaleur à l'eau utilisée comme fluide moteur
T1 = 2 . T2 = 570 kelvins = 297°C
Le rendement du moteur thermique fonctionnant grâce à l'écart de température entre sa source chaude et sa source froide a pour expression
r = énergie fournie / énergie reçue
= travail fourni par le moteur / chaleur consommée, venant de la source chaude
autrement dit :
r = W / Q1
Avec ces données, le rendement théorique maximum de ce moteur, ou rendement de Carnot, a pour valeur
rmax = ( (T1-T2) / T1 )
= (570 – 285) / 570)
= 0,5, autrement dit 50%.
Un fonctionnement parfaitement optimisé ne peut donc plus se traduire par un rendement énergétique de 100% . C'est en effet maintenant la valeur de 50% pour ce rendement qui correspond au rendement théorique maximum
On aborde ainsi ici une première fois la règle générale qui s'énonce :
L'indice d'optimisation d'un transformateur d'énergie ne peut coïncider avec son rendement énergétique que dans le cas des machines simples, jamais dans le cas des machines thermiques : moteurs et pompes à chaleur
D'une manière générale, que ce soit pour les machines simples, pour les moteurs thermiques ou pour les pompes à chaleur, l'indice d'optimisation d'un transformateur d'énergie est donné donné par le rendement relatif, c'est à dire par le rapport
rendement énergétique réel / rendement théorique maximum
Avec l'exemple étudié ici, un rendement réel de 50% correspond à un rendement relatif de 100% et donc à un degré d'optimisation de 100%: on ne peut pas espérer faire mieux
Toujours avec le même exemple, un rendement réel de 33% correspond à un rendement relatif de 66% et donc à un degré d'optimisation de 66%. Autrement dit, pour une consommation donnée, l'énergie mécanique fournie par le moteur thermique correspond à 66% du maximum théorique concevable.
Rendement énergétique réel d'un appareil, rendement énergétique maximum théorique, rendement relatif : ces trois rendements différents sont toujours inférieurs à 100% dans le cas des moteurs thermiques.
Mais on va les retrouver tus les trois dans le cas des pompes à chaleur, et alors, seul le troisième d'entre eux va être inférieur à 100%
D – Pompe à chaleur : quand on refuse d'appeler un rendement « rendement »
De par la définition générale du rendement, le rendement énergétique de la pompe à chaleur a pour expression
r' = énergie fournie / énergie reçue
= Q1 / W
Or, pour le rapport en question, Wikipédia n'utilise pas la dénomination r', qui convient à un rendement, mais la dénomination COP, qui convient, selon l'usage établi, à une grandeur créée pour la circonstance et appelée « coefficient de performance »
Citation
Le coefficient de performance, ou COP, d'une pompe à chaleur est le quotient de la chaleur fournie par le travail fourni ou
COP = | Q | / W
où Q est la chaleur utile fournie par le compresseur et W est le travail mécanique absorbé par le compresseur
Wikipédia, coefficient de performance
Le contributeur s'empêtre dans les conventions de signes: le « travail fourni » (à la pompe à chaleur) devient deux lignes plus tard le travail mécanique absorbé (par la même pompe à chaleur). A condition de préciser chaque fois ce dont il s'agit, il y a donc moyen de s'entendre
Parenthèse:
En passant on remarquera qu'aux deux synonymes « travail » et « énergie mécanique », Wikipédia en ajoute un troisième qui est redondant : « travail mécanique ».
Par cette redondance, le contributeur a cru nécessaire de ne pas prendre en compte l'énergie-chaleur prélevée dans l'environnement par la pompe à chaleur, parce que dans ce cas le rendement de l'appareil aurait tout banalement la valeur 100% qui traduirait la conservation de l'énergie.
Le contributeur n'a pas vu que l'écart d'un rendement énergétique réel par rapport avec 100%, c'est justement et toujours de la chaleur échangée avec l'environnement : le moteur thermique a un rendement inférieur à 100% parce qu'il cède de la chaleur à l'environnement ; la pompe à chaleur a un rendement supérieur à 100% parce qu'elle prélève de la chaleur de l'environnement.
Par ailleurs dans l'article en question, la lettre Q est remplacée à peine plus loin par Qchaud, c'est à dire « chaleur fournie à la source chaude ». Pour désigner celle-ci, la dénomination Q1 faisait partie des habitudes. Dans un amphi, la dénomination Q1 devrait avoir par rapport à Qchaud l'avantage d'éviter les chahuts gaulois et grivois.
Mais donc, une fois qu'on a balayé ce flou et ces imprécisions, il se trouve que la définition du COP de la pompe à chaleur, étant donnée par Wikipédia par la relation :
COP = chaleur utile fournie / travail consommé,
correspond EXACTEMENT à la définition générale du rendement énergétique :
énergie utile fournie par la machine / énergie demandée par la machine
E – Pourquoi on a refusé à tort d'appeler ce rendement « rendement »
Que s'est-il donc passé pour qu'on ait inventé le mot COP là où la rigueur logique exigeait que l'on utilise simplement le mot existant : rendement ?
On peut invoquer d'abord la force de l'habitude et d'un préjugé bien ancré, un déficit de rigueur logique et de raisonnement autonome. C'est dû à un mauvais dosage entre l'apprentissage et la rflexion dans notre bagage éducatif
Dans ce contexte, un rabâchage de l'idée fausse d'un rendement énergétique ne pouvant jamais dépasser 100% a encore été conforté par une confusion entre rendement énergétique et rendement relatif, comme on l'a vu dans la fin de la partie C
Mais ce n'est pas tout. Le présent article s'intègre dans tout un ensemble qui montre et qui répète d'une façon ou d'une autre que la référence du rendement énergétique de 100% induit tous les publics en erreur et entraine pour cette raison une gestion incohérente de nos ressources énergétiques
Cet aveuglement collectif devant une évidence, alors que la question des économies d'énergie revient sans cesse à l'ordre du jour, est un véritable problème de société. Donnons en ici un rapide aperçu de ce que peuvent donner des sourds qui ne veulement pas entendre
En 1983 ou 1984, j'ai fait un exposé à la MJC de Morteau sur le thème : « Mieux utiliser l'énergie : Chauffons-nous gratuitement avec des rejets thermiques ».
Le point sociologique le plus remarquable, c'était la réaction d'un chauffagiste du secteur, expliquant dans une remontrance qu'un intellectuel n'était pas compétent pour apporter quelque point de vue aux gens de la profession.
J'ai eu par la suite diverses réactions qui désavouaient cette remontrance, mais pour avoir vu de nombreux comportements des patrouilleurs de Wikipédia ou d'intervenants de divers forums internet, force est de constater que, du côté des intellectuels qui régentent la pensée unique, ça n'est décidément pas mieux.
Dans les mois qui ont suivi, j'ai publié un fascicule avec le même intitulé : « Mieux utiliser l'énergie : Chauffons-nous gratuitement avec des rejets thermiques ». Dépôt légal 0164, 2ème trimestre 1984. L'affaire m'a coûté de l'argent. Le fascicule a été photocopié à l'intérieur d'EDF.
Une réaction intéressée m'est alors venue du directeur d'une revue intitulée Energ'hic, domiciliée à Voisins le Bretonneux (78) qui m'a demandé d'écrire pour elle un article sur cette question. Cet article a ensuite donné lieu à un sujet d'examen à l'Ecole Supérieure de l'Energie et des Matériaux de l'université d'Orléans. Cette information agréable m'est parvenue parce que ce sujet a ensuite été repris à un examen de l'IUT de Génie Thermique de Grenoble.
Donc, au total, les réactions à ce problème du rendement énergétique et de la gestion de l'énergie ne sont pas inexistantes.
Si je les avais étalées, les articles de Wikipédia et autres médias scientifiques concernant cette question, et plus largement la signification de la grandeur entropie, l'histoire de sa découverte, la notion de pertes et gaspillages entropiques, en auraient-ils été enrichis ?
Sans méconnaitre que Wikipédia donne tout de même des remarques argumentées concernant l'intérêt de la cogénération, la surabondance des censures constatées laisse à penser que non
Quant au travail des autres médias, on constate que le grand public ne sait en général ni en quoi consiste la cogénération, ni quel est son intérêt, si bien que, dans tout article qui y fait référence, il est nécessaire d'en refaire chaque fois la même présentation élémentaire.
Ce black out des médias est encre plus inexplicable si on le rapporte au battage concernant l'éolien et le photovoltaïque. Il confirme qu'on a là un véritable problème de société, un problème qui est bien connu dans nombre d'autres domaines
Articles se rapportant à cette question. Voir notamment : :
« Pourquoi la cogénération est sous-développée en France »
http://www.alfograf.net/ortograf/images/tract/paj-383-803-pourquoi-cogene-sous-dvlp-tract.pdf
"Politique énergétique: rideau sur la cogénération et sur les pertes entropiques"
http://forums.france2.fr/france2/Election-presidentielle-2007/cogeneration-energetique-entropiques-sujet_38863_1.htm
« La cogénération « oubliée » au Grenelle de l'environnement »
http://www.alfograf.net/ortograf/images/tract/paj-248-710-cogene-oubliee-grenelle-tract.pdf
"Jean-Claude Bellamy: tout faux sur la cogénération !"
http://www.notre-planete.info/forums/discussion.php?id=69248
« Une chaufferie sans cogénération est un crime contre l'environnement »
http://www.alfograf.net/ortograf/images/tract/d788-a04-4p-pertes-ressources-degrad-nrj-crim-tract.pdf
« Les trois rendements d'une pompe à chaleur »
http://forums.france2.fr/france2/Environnement/rendements-pompe-chaleur-sujet_4532_1.htm
« Chauffage : le b-a-ba des pertes entropiques » (pdf, cinq pages)
http://www.alfograf.net/ortograf/images/tract/f067-b05-5p-b-a-ba-pertes-entropiques-tract.pdf
« Tous les chauffages traditionnels sont incompatibles avec une gestion rigoureuse des ressources énergétiques »
« Le filon négligé de la cogénération » sur Wikipédia / cogénération / discussion :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Discussion:Cog%C3%A9n%C3%A9ration
"Chauffage: le vieil idéal du rendement 100% est dépassé depuis longtemps"
http://www.alfograf.net/ortograf/images/tract/d794-a05-3p-chaufaj-rendmen-100p100-depassed-tract.pdf
"Chauffages traditionnels: rendement 100% = gaspillage 95%"
http://alrg.free.fr/politikograf/entropie-ecologie/paj-237-805-a5x2-rendemt-100p100-cent-gaspi-95p100-tract.pdf
A voir prochainement sur ce blog :
« Vers 1867 : découverte de l'entropie : parce qu'une pompe à chaleur n'est pas une pompe à chaleur »
La dénomination « pompe à chaleur » est fausse. Elle est le résultat d'une confusion historique. La quantité de chaleur aspirée à la source froide n'est pas égale à celle rendue à la source chaude.
La grandeur entropie a été inventée pour désigner la grandeur qui se retrouve à la source chaude en une quantité égale à celle qui a été aspirée à la source froide, dans le cas d'une machine idéale.
La pompe à chaleur est en réalité une pompe à entropie
Ortograf-FR sites : 1°) Makyavel 2013 2°) Alfograf 3°) Ortograf chez free 4°) blog ortograf .nouvelobs 6°) mediapart louis rougnon glasson
doc f466 d05 mai 2013
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