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L'entropie, aperçu d'ensemble
Le fait que cette grandeur soit mal cernée a pour conséquence une politique énergétique française qui fait perdurer d'énormes pertes de ressources énergétiques dans tous nos systèmes de chauffage. Ce sont des pertes par production d'entropie ou pertes entropiques
Accessoirement, on va voir ici les aspects cocasses de sa découverte et de son histoire, et régler son compte au malentendu tenace lié au « COP » des pompes à chaleur.
A - La grandeur entropie a été inventée vers 1860 à cause d'une merveilleuse machine imaginaire qui n'en produisait pas: la machine de Carnot, qui est à la fois à la fois pompe à chaleur idéale et moteur thermique idéal.
En conséquence, par définition : la meilleure pompe à chaleur imaginable ne produirait pas d'entropie. Ce chauffage sans production d'entropie correspond à la consommation en énergie électrique la plus faible que l'on puisse imaginer, et qui est énormément plus faible que celle d'un chauffage électrique.
B - Plus largement, c'est à dire avec ou sans pompe à chaleur, la nouvelle référence des chauffages sans production d'entropie annule et remplace le vieil idéal du rendement 100%, qui est dépassé depuis longtemps.
Une politique énergétique éclairée doit désormais minimiser non plus seulement les pertes par déperdition d'énergie, mais les pertes par production d'entropie qui sont comme on le verra plus loin des pertes par dégradation d'énergie.
Voir : « 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
C – Définition de l'entropie par Clausius : l'entropie, c'est la grandeur qui serait prélevée et fournie en quantités égales par la machine idéale de Carnot .
Le caractère hermétique et quasi transcendant de cette définition a valu à ce mot mystérieux d'être accommodé à toutes les sauces
D - En même temps qu'il en donnait la définition, Clausius en donnait la valeur : l'entropie S d'une quantité de chaleur Q, reçue, contenue ou cédée par un objet à la température T a pour valeur:
S = Q / T
avec S en joules par kelvin pour Q en joules et T en kelvins
E - L'entropie représente en fait un amoindrissement de la valeur de l'énergie-chaleur par rapport à la même quantité d'énergie mécanique ou électrique.
Ceci est conforme à la formule de Clausius, en effet:
plus la température T de l'objet qui porte la chaleur Q est élevée,
- plus l'entropie S=Q/T de cette chaleur est faible,
- autrement dit plus la valeur de cette chaleur est importante.
(Plus précisément, l'entropie mesure un amoindrissement de la convertibilité de cette chaleur en énergie mécanique qui est importante, conformément à la formule du rendement de Carnot)
F - Les deux principales manières de produire de l'entropie sont :
a) la transformation d'énergie mécanique ou électrique en chaleur, autrement dit les frottements et l'effet Joule.
L'entropie produite a alors pour valeur S = Q/T, avec
Q = chaleur produite et T=température de l'objet ou apparaît cette chaleur
b) tout échange de chaleur. Dans un échange de chaleur, l'entropie initiale S1 a pour valeur S1=Q/T1 , l'entropie finale a pour valeur S2=Q/T2 . L'entropie produite a donc pour valeur
DeltaS = S2 - S1
= ( ( Q / T2 ) – ( Q / T1 ) )
= Q . ( ( 1/T2 ) - ( 1 / T1 ) )
DeltaS est toujours positif parce que T2 est toujours inférieure à T1 : en effet la chaleur passe toujours de l'objet le plus chaud à l'objet le plus froid.
Plus l'échange de chaleur se fait avec des écarts de températures importants, plus il produit de l'entropie.
C'est ainsi que les chauffages traditionnels à combustion sont des chauffages à forte production d'entropie. Au contraire, la pompe à chaleur du commerce est un chauffage à faible production d'entropie, parce que les écarts de température utilisés pour ses deux échanges de chaleur y sont minimisés dans toute la mesure du raisonnablement possible.
G - Une pompe à chaleur n'est pas une pompe à chaleur, mais une pompe à entropie
En effet, dans son fonctionnement idéal, d'après la définition de Clausius, la quantité d'entropie qu'elle fournit à son point le plus chaud est égale à celle qu'elle prélève à son point le plus froid : la comparaison avec la pompe à eau est alors correcte. La quantité d'eau rejetée par une pompe à eau est égale à celle de l'eau prélevée
Au contraire, la chaleur fournie par ladite « pompe à chaleur idéale » à son point le plus chaud est en quantité supérieure à la quantité de chaleur qu'elle prélève par son point le plus froid. La différence est égale à l'énergie mécanique consommée.
Le remplacement du mot "eau" par le mot "chaleur", qui donne l'expression "pompe à chaleur" est donc construit sur une idée fausse
H - Le rendement r' d'une pompe à chaleur idéale est très supérieur à 100%. Il est donné par la formule :
r' = Tmaison / DeltaT
deltaT étant l'écart entre la température Tmaison des locaux que l'on chauffe et celle du milieu environnant. La formule montre que le rendement de la pompe à chaleur idéale tend vers l'infini quand cet écart tend vers zéro.
Exemple : avec une température intérieure de 22°C, donc Tmaison=295, et un écart de 10°C entre l'intérieur et l'extérieur, le rendement de la pompe à chaleur idéale prend la valeur
r' = 295 / 10 = 29,5
donc r' = environ 30, autrement dit 30 pour 1, autrement dit 3000%
I - Une production d'entropie correspond toujours à une perte de ressources énergétiques, d'où le nom de pertes entropiques
a) La démonstration est immédiate pour le cas des chauffages électriques : il suffit de comparer leur consommation d'énergie avec celle de la pompe à chaleur idéale, celle qui, par définition, ne produit pas d'entropie:
Pour fournir 100 joules de chaleur aux locaux évoqués dans l'exemple précédent, une pompe à chaleur idéale consommerait
100 / r' = 100 / environ 30
= environ 3 joules,
alors qu'un chauffage électrique consomme 100 joules
La différence, soit 97 joules, soit 97% des ressources consommées par le chauffage électrique représente forcément des pertes : celles du chauffage électrique, par comparaison avec le chauffage sans production d'entropie fourni par la pompe à chaleur de Carnot. Ce sont des pertes par production d'entropie ou pertes entropiques.
La production d'entropie est ici due à la transformation d'énergie électrique en chaleur
b) Quant aux chauffages par combustion, leurs productions d'entropie sont dues aux échanges de chaleur avec écarts de températures importants, qu'ils mettent en jeu.
Pour mettre en évidence les pertes correspondantes, une démonstration possible consisterait à comparer le rendement énergétique de ces chauffages, qui n'est guère inférieur à 100%, avec celui du dispositif où le combustible alimenterait un moteur thermique idéal, celui-ci actionnant à son tour une pompe à chaleur idéale
La chaleur de départ a un peu moins de valeur que l'énergie électrique, sa convertibilité maximum théorique en énergie électrique est située aux alentours de 75%, elle présente déjà un peu d'entropie. Pour cette raison, les pertes entropiques des chauffages par combustion représentent un pourcentage un peu moins important que celui des chauffages électriques: dans les 95% des ressources consommées au lieu de 97%.
J – En raison de leurs pertes entropiques, tous les chauffages traditionnels sont incompatibles avec une gestion rigoureuse des ressources énergétiques
C'est la conséquence immédiate de l'importance des pertes entropiques que l'on vient de voir : donc typiquement 97% des ressources consommées dans le cas des chauffages électriques, et 95% dans le cas des chauffages par combustion.
Quant à la pompe à chaleur,
- on peut dire qu'elle constitue un chauffage à faible production d'entropie si l'on considère son rendement réel habituellement situé entre 300% et 400%,
- mais on se demande si le label « faible production d'entropie » n'est pas lui-même fortement exagéré, étant donné que son rendement est lui-même une dizaine de fois plus faible que celui de la pompe à chaleur idéale, autrement dit que les pertes entropiques y représentent encore typiquement 90% de l'énergie consommée.
Se pose alors naturellement la question : comment réduire les pertes entropiques au niveau du chauffage? La réponse est toute simple :il faut recourir à la cogénération, c'est à dire à la production combinée de chaleur et d'électricité.
K – C'est le chauffage par cogénération qui réduit au mieux les pertes entropiques
D'un point de vue de simple bon sens, étant donné qu'avec la cogénération on récupère pour le chauffage la chaleur rejetée par un groupe électrogène ou par une centrale thermique, il va de soi que concernant les ressources consommées, la chaleur en question est un sous-produit à peu près gratuit de la production d'électricité.
On remarquera que la production d'entropie y est faible parce que
1°) le procédé ne fait intervenir qu'un échange de chaleur, au lieu de deux pour la pompe à chaleur, et parce que
2°) cet échange de chaleur fait intervenir un faible écart de température, contrairement aux chauffages traditionnels.
La cogénération, chauffage qui minimise au mieux les pertes entropiques, confirme ainsi que la chaleur basse température ou chaleur à grande entropie de nos lieux de séjour est une énergie de très faible valeur, qui peut donc être pratiquement gratuite quant aux ressources consommées.
Avec la cogénération, on utilise une chaleur qui a déjà une grande entropie pour pour fournir une chaleur dont l'entropie est à peine plus grande
L – Bataille de l'entropie
Tout le battage journalistique concernent « la maîtrise de l'énergie », le développement de l'éolien et du photovoltaïque, contraste étrangement avec le silence obstiné des mêmes médias concernant les pertes entropiques dans les chauffages traditionnels et les avantages évidents de la cogénération.
Cette manipulation journalistique a fait prendre à la France une quarantaine d'années de retard, en comparaison avec l'Allemagne et les pays d'Europe du nord, pour le développement de la cogénération
Une telle désinformation du public est inacceptable, elle se place aux deux niveaux :
- le niveau scientifique, avec un enseignement désastreux de l'entropie,
- et le niveau grand public, où l'ignorance des notions pratiques élémentaires, programmée dans nos collèges et lycées, se prolonge par le caractère biaisé de l'information donnée par les grands médias
Actuellement (juillet 2013), Wikipédia mentionne bien les avantages de principe liés à la cogénération.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Discussion:Cog%C3%A9n%C3%A9ration
Mais l'article sur l'entropie y reste complètement incompréhensible. Si ses auteurs y avaient compris quelque chose, ils seraient catastrophés par le spectacle de n'importe quelle chaudière de chauffage central, étant donné que, comme on l'a vu, les pertes entropiques y représentent typiquement 95% à 97% des ressources qu'elle consomme.
La censure incessante et les réactions constatées chez certains intervenants internet vraisemblablement payés pour être les chiens de garde de la pensée unique a eu pour conséquence la rédaction de nombreux documents accusateurs, parmi lesquels :
"La cogénération « oubliée » au Grenelle de l'environnement"
http://www.alfograf.net/ortograf/images/tract/paj-248-710-cogene-oubliee-grenelle-tract.pdf
"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
« Politique énergétique : les chaudières subventionnées sont périmées avant même d'être fabriquées »
http://www.alfograf.net/ortograf/images/tract/f051-b04-1p-nrj-guignol-fuku-chaudieres-perimees-tract.pdf
« Les chaudières à gaz avec ou sans condensation: toutes en retard d'une génération »
http://blogs.mediapart.fr/blog/louis-rougnon-glasson/170213/les-chaudieres-gaz-avec-ou-sans-condensation-toutes-en-retard-dune-generation
« « COP » contre « rendement » d'une pompe à chaleur : le choix du mot est politique »
http://www.alfograf.net/ortograf/images/tract/f532-d07-3p-cop-contre-rendement-tract.pdf
"Jean-Claude Bellamy: tout faux sur la cogénération !"
http://www.notre-planete.info/forums/discussion.php?id=69248
http://blogs.mediapart.fr/blog/louis-rougnon-glasson/100513/rendement-energetique-larticle-que-je-proposerais-wikipedia
Ortograf-fr, F-25500-Montlebon tél: +(33)(0)3 81 67 43 64 louis.rougnon-glasson(à)laposte.net sites: 1°) alfograf 2°) ortograf nouvelobs 3°) ortograf chez free 4°) blog mediapart louis rougnon glasson
doc f521-d07 juillet 2013