Machines thermiques

Le cours de Machines thermiques (UE2 « Énergétique », semestre 6) étudie les machines qui convertissent la chaleur en travail mécanique : moteurs à combustion interne (essence et diesel), turbines à gaz, installations à vapeur et chaudières. Ces machines sont au cœur de l’économie énergétique du Niger : groupes électrogènes diesel des centrales thermiques de NIGELEC et des sites isolés, centrale à charbon de la SONICHAR à Anou Araren (cycle à vapeur), unités de la raffinerie SORAZ à Zinder, chaudières des huileries et industries agroalimentaires, moteurs des véhicules, engins de chantier et motopompes d’irrigation. Le technicien supérieur doit comprendre leur fonctionnement, évaluer leurs performances (puissance, consommation, rendement) et proposer des améliorations d’efficacité énergétique, enjeu majeur quand le gasoil représente l’essentiel du coût d’exploitation.

Le cours part des principes de la thermodynamique appliqués aux cycles (Carnot), analyse les cycles théoriques des moteurs alternatifs (Otto, Diesel, mixte), passe aux performances réelles des moteurs, puis traite les turbines à gaz (cycle de Brayton), les installations à vapeur (cycle de Rankine) et les chaudières.

Objectifs d’apprentissage

• Appliquer les premier et second principes à une machine thermique et calculer rendement et COP de Carnot.
• Tracer et analyser les cycles théoriques Otto, Diesel et mixte, et calculer leur rendement.
• Déterminer les performances d’un moteur réel : cylindrée, pression moyenne effective, puissance, couple, consommation spécifique, rendement effectif.
• Analyser le cycle de Brayton d’une turbine à gaz et le cycle de Rankine d’une centrale à vapeur.
• Calculer le rendement d’une chaudière et proposer des mesures d’efficacité énergétique chiffrées en FCFA.

Prérequis

Thermodynamique de base (gaz parfait, transformations, premier et second principes, enthalpie, entropie), mécanique des fluides élémentaire, mathématiques (logarithmes, puissances).

Plan du cours

1. Principes thermodynamiques des machines thermiques et cycle de Carnot
2. Cycles des moteurs à combustion interne : Otto, Diesel et mixte
3. Moteurs à combustion interne réels : technologie et performances
4. Turbines à gaz, cycle de Rankine, chaudières et efficacité énergétique

Modalités d’évaluation

Volume horaire : 40 h de CM, 20 h de TD et 60 h de travail personnel (TPE), sans TP, 6 crédits. Évaluation : contrôle continu (TD notés, devoirs, quiz en ligne) et examen terminal écrit (calculatrice autorisée, tables de vapeur fournies).

Bibliographie

• Yunus A. Çengel, Michael A. Boles, Thermodynamics: An Engineering Approach, McGraw-Hill.
• John B. Heywood, Internal Combustion Engine Fundamentals, McGraw-Hill.
• Renaud Gicquel, Systèmes énergétiques, Presses des Mines.
• Jean-Noël Foussard, Edmond Julien, Thermodynamique : bases et applications, Dunod.