A – Rappel : récap de l’article de Mediapart sur "l’amoindrissement entropique de la chaleur"
Cet article se trouve ici :
Son résumé sur une page se trouve ici :
http://alrg.free.fr/2021-MONOPAGES/j171-O11-pour-narguer-desinformatsia-i10.pdf
L’amoindrissement entropique de l’énergie-chaleur fournie à un immeuble en hiver est proche de 100 %, typiquement 98 %, ce qui signifie qu’avec le meilleur moteur thermique imaginable, déjà 98 % de l’énergie-chaleur en question est définitivement non-convertible en énergie mécanique ou électrique.
A cause de son amoindrissement entropique, la valeur de cette chaleur est quasi nulle : en s’y prenant bien – grâce à la cogénération - elle peut être obtenue gratuitement en ce qui concerne les ressources consommées
- Dans le cas d’un chauffage électrique, l’augmentation de l’amoindrissement entropique lié à la perte de qualité de l’énergie représente donc 98 % de l’énergie consommée
- Dans le cas des chauffages par combustion, l’énergie-chaleur produite par la combustion comporte déjà au départ un amoindrissement entropique de l'ordre de 30 %. Lorsqu’elle se transforme en énergie contenue dans des locaux à 22°C, sa fraction d’énergie mécanique potentiellement récupérable passe donc du rapport 70 % à la valeur 2 %. Sa valeur finale correspond donc à environ 3 % de sa valeur initiale, les pertes entropiques représentent donc typiquement 97 % des ressources consommées
- Dans le cas d’un chauffage par pompe à chaleur, les pertes entropiques représentent encore typiquement 90 % des ressources consommées
B – A l’origine de la découverte de l’entropie et des pertes entropiques : une première approche par Lazare Carnot au 18ème siècle
Lazare Carnot, père de Sadi Carnot avait déjà abordé le problème des dégradations d’énergie dans le cas des machines simples utilisées à cette époque : poulie, palan, engrenages, etc
Pour retrouver ses conclusions le plus simplement possible, imaginez un ascenseur A et son contrepoids C, ayant tous deux des masses rigoureusement égales, reliés par un câble de masse négligeable passant sur une poulie
Nous avons là un transformateur d’énergie : quand A s’élève, son énergie potentielle de pesanteur augmente, celle de C diminue. Et inversement
Dans le cas d’une machine réelle, l’énergie fournie pour vaincre les frottements est irrécupérable: pour faire descendre A comme pour le faire monter, il faut fournir de l’énergie à cause des différents frottements.
Le critère définissant le top de la perfection, la machine idéale, est alors le suivant :
Si l’ascenseur et son contrepoids sont immobiles, une mouche se posant un instant par exemple sur A mettra l’ensemble en mouvement, et ce mouvement très lent se prolongera indéfiniment
A tout moment, il suffira que la mouche se pose un instant sur C pour arrêter le mouvement, et qu’elle recommence l’opération pour provoquer le mouvement inverse
De cette façon :
La preuve de la perfection du mécanisme est donnée par le fait qu’on peut revenir à la situation de départ avec un apport d’énergie pratiquement nul, infinitésimal. Autrement dit, elle est donnée par le fait que le fonctionnement est réversible.
Ce cas limite de la réversibilité, donc de l'absence de tout gaspillage d'énergie mécanique, est obtenu en supposant que cette transformation d’énergie est provoquée par des causes infinitésimales
B – Découverte de l’entropie, au dix-neuvième siècle, grâce à la machine idéale de Carnot
Sadi Carnot, fondateur de la thermodynamique, avec l’allemand Clausius et l’anglais lord Kelvin, a repris l’idée de son père pour l’étendre aux machines à vapeur.
Pour qu’elles aient un bon rendement, l’eau sous pression transformée en vapeur devait être portée à la température la plus élevée possible [on peut ajouter maintenant : de manière à ce que son entropie soit la plus petite possible]
Les premières machines à vapeur existaient depuis l’année 1700 environ, avec Savery, Newcomen, et, en France Denis Papin, l’inventeur français de la machine à vapeur, mais aussi de l’autocuiseur: le jet de vapeur qui sort de la cocotte-minute ne devient capable d’actionner un tourniquet que lorsque la pression de la vapeur est supérieure à la pression atmosphérique. Autrement dit, dans le cas où la vapeur était portée seulement à la température de 100°C, elle ne pouvait encore fournir aucun travail, étant seulement capable de pousser l’air atmosphérique pour produire le fameux panache des locomotives
A l’époque de Sadi Carnot, on savait déjà qu’en comprimant un gaz, on en élevait la température, comme on le constate actuellement avec une simple pompe à vélo. Inversement, en laissant le gaz se détendre, on en faisait baisser la température. Pour comprimer le gaz, il faut fournir du travail et sa température s'élève, inversement, quand il se détend,c'est lui qui fournit du travail, et sa température descend
En remplaçant alors – mentalement – la vapeur d’eau de la locomotive par un gaz échangeant de la chaleur alternativement avec de la matière à haute température et de la matière à basse température, Sadi Carnot a imaginé une machine toute théorique ayant un fonctionnement réversible : en raison de cette réversibilité, elle avait un fonctionnement idéal, autrement dit, elle ne provoquait aucune dégradation d’énergie.
Suivant son sens de fonctionnement, le bilan énergétique de cette machine en faisait tantôt un moteur thermique idéal, tantôt une pompe à chaleur idéale
Plus tard, en 1854, quand l’allemand Clausius a inventé la fameuse grandeur « entropie ». c’était par référence à la machine imaginaire de Carnot qui n’en créait pas, étant donné la réversibilité de son fonctionnement
La grandeur entropie a ainsi été découverte avant que le mot énergie soit utilisé pour englober chaleur et travail.
- Le mot « énergie » ne pose actuellement aucun problème de compréhension, grâce aux innombrables transformateurs d’énergie dont la plupart, soit consomment, soit produisent de l’énergie électrique : batteries rechargeables, microphones, haut-parleurs, groupes électrogènes, pompes à chaleur,, capteurs photovoltaïques, éoliennes, mais aussi moteurs thermiques, etc
- Au contraire, le sens du mot « entropie » n’est pas du tout évident pour un très large public, y compris un public scientifique.
Concernant sa signification concrète en thermodynamique, l’article de Wikipedia ne donne toujours strictement rien: une première compensation a été l’article intitulé : « Amoindrissement entropique de la chaleur » dans les blogs de Mediapart. Le présent article est là pour montrer le lien entre l’amoindrissement entropique, dont la signification concrète est facile à saisir, et ladite « entropie », dont la signification concrète n'est pas du tout évidente.
On notera au passage que l'entropie a été découverte grâce à une merveilleuse machine imaginaire qui n’en produisait pas : la machine de Carnot
Par ailleurs, en raison des considérations quasi métaphysiques associées à sa signification, le mot "entropie" a été assaisonné à toutes les sauces
C – Le problème de la signification concrète de l'entropie
Dans le système international, l’entropie d’une quantité de chaleur Q (en joules), cédée ou reçue par de la matière à la température T (en kelvins), est donnée en joules par kelvin : J/K, par la formule :
S = Q / T
On ne va pas développer ici la démarche qui a abouti à l'établissement de cette formule simple. Le problème qui nous intéresse ici, c'est la signification concrète de la grandeur qui se cache derrière cette formule S = Q / T
Le fait que les différents publics, y compris beaucoup de scientifiques, ignorent l'essentiel de cette signification est dû au fait que les grandeurs et unités du système international ne sont pas celles que l’on utilise dans la vie courante :
a) L’unité pratique d’énergie, c’est le kilowattheure (kWh) quand ce n’est pas la tonne d'équivalent-charbon ou la tonne d’équivalent-pétrole, alors que l’unité utilisée dans le système SI est le joule (J)
1 kWh = 3’600’000 joules
b) L’échelle de température utilisée dans la vie courante, c’est l’échelle Celsius, t , en degrés Celsius (°C) alors que l’échelle de température utilisée par les scientifiques, c’est l’échelle Kelvin T, en degrés kelvins ou kelvins (K).
Pour indiquer un écart de température, il est bien connu que 1°C = 1 K . Par ailleurs, 0°C correspond à 273 K, et la température de référence de nos immeubles en hiver : 22°C correspond à 295 K, conformément à la relation :
T = 273 + t
Le problème de la signification concrète de la grandeur entropie est alors le suivant :
Quand un mégajoule de chaleur est fourni à un appartement dont la température est de 22°C, le calcul de son entropie donne bien :
S = Q / T = 1 000 000 / (273+22) = 3400 joules/kelvin,
MAIS CETTE VALEUR NE DONNE AUCUNE IDEE CONCRETE de la FAIBLE VALEUR de l’énergie-chaleur en question. A plus forte raison, cette valeur ne donne aucune idée de l’énorme gaspillage réalisé si le mégajoule en question est fourni par l’un quelconque des chauffages actuellement en usage : que ce soit chauffage électrique, chauffage par combustion, ou chauffage par pompe à chaleur
D - La grandeur la plus parlante et la plus simple que l’on puisse utiliser pour prouver l’énormité des gaspillages entropiques liés au chauffage des immeubles, c’est l’amoindrissement entropique en %
Son calcul nécessite que soit connu l’écart de température: DeltaT , entre l’intérieur de l’immeuble que l’on chauffeet le milieu environnant
Connaissant alors DelaT, le travail que cette chaleur permettrait de produire grâce au moteur idéal de Carnot nous indique la valeur de cette chaleur :
a) utilisation du moteur idéal de Carnot pour prouver la très faible valeur de la chaleur domestique
Le rendement d'un transformateur d'énergie quelconque est défini par le rapport:
énergie fournie par l'appareil / énergie reçue
Dans le cas classique d’un immeuble maintenu à 22°C, donc à 295 degrés Kelvin, et d’un milieu extérieur à (295-DeltaT) kelvins, le rendement du moteur est donc défini par la formule :
r = énergie mécanique fournie / chaleur consommée,
avec le moteur idéal de Carnot, il aurait la valeur bien connue "du rendement de Carnot":
r = (T1 – T2) / T1
= DeltaT / 295
L’amoindrissement entropique A de cette chaleur, c’est la partie de cette chaleur qui ne peut pas être transformée en énergie mécanique par le moteur idéal de Carnot, sa valeur est donc:
A = 1 – r
= 1 - (DeltaT/295)
Donc :
1°) quand DeltaT =0, alors A = 1 = 100 %. Autrement dit :
La chaleur reçue ou cédée par de la matière à la même température que celle du milieu environnant est une énergie de valeur nulle. Son amoindrissement entropique A = 100 %
2°) dans la pratique, DeltaT est presque toujours inférieur à 29,5°C, autrement dit la température extérieure est presque toujours supérieure à -7,5°C. Donc, l’amoindrissement entropique de la chaleur qui fait le confort de nos maisons en hiver est presque toujours supérieur à 90 %: cette chaleur est une énergie de très faible valeur, et qui peut donc être pratiquement gratuite quant aux ressources consommées. La seule manière d’y parvenir, c’est celle du chauffage par cogénération
b ) utilisation de la pompe à chaleur idéale de Carnot pour confirmer l'énormité des gaspillages entropiques
La très faible valeur de la chaleur domestique peut également être prouvée par le très grand rendement d’une pompe à chaleur idéale qui la fournirait
Ce qui fait l’intérêt des pompes à chaleur, c'est leur rendement supérieur à 100 %, couramment situé autour de 300 %
Remarque: une vieille crapulerie idéologique consiste à faire croire que le fameux rendement 100 % des chauffage électriques est un maximum qui ne peut pas être dépassé
Pour cette raison, si une pompe à chaleur a un rendement de 300 % par exemple, un enseignant qui le dira de cette façon « aura des ennuis », à la place, il est obligé de dire « son COP = 3 »
Le rendement (énergétique) d’un transformateur d’énergie est défini par le rapport :
énergie restituée par le transformateur / énergie consommée
Le rendement d’une pompe à chaleur est alors défini par le rapport :
chaleur fournie par la pompe à chaleur / énergie électrique consommée
Dans le cas d’une pompe à chaleur idéale, ce rendement est donné par le rapport:
r’ = chaleur fournie par la pompe à chaleur idéale / énergie mécanique consommée
La pompe à chaleur idéale de Carnot étant obtenue par simple inversion du sens de fonctionnement du moteur de Carnot, par comparaison avec le rendement du moteur explicité ci-dessus, on constate que la chaleur fournie par la pompe à chaleur, c'est celle qui était consommée par le moteur, et l'énergie consommée par la pompe à chaleur, c'est celle qui était fournie par le moteur. Donc:
r’ = 1 / r
autrement dit que :
r’ = 295 / DeltaT
Donc le rendement r’ d’une pompe à chaleur idéale tend vers l’infini quand l’écart de température entre le milieu environnant et les locaux que l’on chauffe tend vers zéro
C’est une confirmation de ce qui a déjà été dit : la chaleur reçue ou perdue par des locaux que l'on chauffe en hiver a une valeur très faible, son amoindrissement entropique est proche de 100%. Elle peut être obtenu théoriquement en contrepartie d'une consommation dérisoire de ressources énergétiques.
Pour cela, la pompe à chaleur idéale ne fait pas l'affaire, étant une vue de l'esprit. Concrètement, les seuls chauffages fournissant du chauffage avec un coût dérisoire en ressources consommées sont les chauffages par cogénération
Rappel :
Pour obtenir une pompe à chaleur idéale à partir du moteur idéal, il suffit d’inverser le sens de fonctionnement de la machine de Carnot, ce qui est obtenu par une variation infinitésimale des causes de ce fonctionnement : on lui fournit alors de l’énergie mécanique-ou-électrique pour qu’il fournisse de la chaleur au niveau de son échangeur chaud, à une température infiniment proche, mais supérieure à 295 kelvins
E – En conclusion, le présent article s’ajoute à toute une argumentation commencée il y a une quarantaine d’années visant à mettre en évidence l’énormité des gaspillages de ressources liés à tous les types de chauffage actuellement boostés par la pub et la propagande officielle. Il réclame au contraire une politique active de développement des chauffages par cogénération
Les raisons du caractère de plus en plus provocateur des articles diffusés sur ce sujet, ce sont :
1°) la corruption évidente avec laquelle on est en train de saccager la planète à grande vitesse avec la multiplication des éoliennes et des pompes à chaleur,
2°) l’absence d’interrogation sur des modes de vies où le gaspillage est la règle, soi-disant pour préserver des emplois
3°) une chape de plomb de tous les médias, y compris les médias scientifiques, sur les pertes et gaspillages entropiques. Sur ce sujet comme sur beaucoup d’autres, ils pratiquent ce que les spécialistes appellent « la stratégie du silence » : un comble ! Au pays qui prétend être celui de la liberté d’expression
FIN DE L’ARTICLE
Une panoplie de 21 articles d’une page sur cette question peut être chargée ici :
http://alrg.free.fr/2021-MONOPAGES/i942-O03-PANOPLIE-GASPI-11p-i10.pdf
Deux articles sont des appels au débat, avec le même titre provocateur : « Politique énergétique et corruption : Jean-Marc Jancovici aussi » :
- le premier, i862, a été publié dans les blogs de Mediapart en janvier 2024 :
- le deuxième, i879, publié en août 2024, fait cinq pages, il contient divers schémas, tirés du fascicule :
« MIEUX UTILISER L’ENERGIE. Chauffons nous gratuitement avec des rejets thermiques »,
publié quarante ans plus tôt!!! Cet article est ici :
http://alrg.free.fr/2021-MONOPAGES/i879-O01-entropie-meteques-s-abstenir-i10-5p.pdf
Autre réinformation : panoplie de 48 articles d’une page :
http://alrg.free.fr/2021-MONOPAGES/j089-LES-4-DZ-j085-a-j089.pdf
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doc j175-C novembre 2024
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