Thermodynamique des EnR

Le cours THE3402 — Thermodynamique des EnR (UE4 « Énergie Photovoltaïque & EnR », semestre S3) fournit les outils thermodynamiques indispensables au technicien des énergies renouvelables : bilans d’énergie, rendements limites, transferts de chaleur. Ces outils sont appliqués à des situations concrètes : échauffement d’un module photovoltaïque sous le soleil de Niamey, chauffe-eau solaire collectif d’un hôpital ou d’un hôtel, centrales solaires à concentration (CSP) avec stockage en sels fondus, valorisation de la biomasse (bois-énergie, foyers améliorés, biogaz de bouses ou de déchets agricoles) et géothermie. Le cours est court (1 crédit) mais constitue un socle pour l’énergie éolienne (EOL4401) et les systèmes hybrides.

Objectifs d’apprentissage

• Maîtriser les principes thermodynamiques appliqués aux systèmes d’énergie renouvelable.
• Analyser les cycles thermiques des centrales solaires à concentration (CSP).
• Comprendre les apports de la biomasse et de la géothermie comme sources d’énergie.
• Calculer les bilans thermiques de systèmes EnR hybrides.

Prérequis

Physique des Semi-conducteurs (PSC1101) ; notions de physique générale (chaleur, température, puissance, unités SI) et de mathématiques de base (logarithme, puissances).

Plan du cours

1. Leçon 1 — Rappels et Lois de la Thermodynamique
2. Leçon 2 — Solaire Thermique
3. Leçon 3 — Biomasse et Géothermie

Travaux pratiques

• Le syllabus prévoit 4 h de TP sans en fixer l’intitulé : un TP guidé est proposé en leçon 2 (mesure du rendement d’un capteur solaire plan et bilan d’un chauffe-eau solaire) ; l’application « bilan thermique d’un module PV » de la leçon 1 peut servir de manipulation complémentaire.

Modalités d’évaluation

Volume horaire : CM 8 h, TD 6 h, TP 4 h, travail personnel (TPE) 12 h, soit 30 h pour 1 crédit. Évaluation : examen terminal uniquement (ET 100 %) ; nature mixte (questions de cours et problèmes chiffrés). Les quiz et exercices en ligne servent à l’entraînement.

Bibliographie

• D. Y. Goswami, Principles of Solar Engineering, CRC Press.
• J. W. Tester et al., Sustainable Energy — Choosing Among Options, MIT Press.
• J. A. Duffie & W. A. Beckman, Solar Engineering of Thermal Processes, Wiley.
• Y. A. Çengel & M. A. Boles, Thermodynamique — Une approche pragmatique, Chenelière/De Boeck.