Le moteur thermique

Pour aller du bon côté, le Lutin thermique que je suis estime qu’il ne faut pas seulement expliquer ce qu'il faut faire mais aussi ce qu’il ne faut pas faire. Ceci implique de parler de l’origine de la thermodynamique qui a fait ses premiers pas en France en 1850 avec Sadi Carnot physicien français considéré par le Larousse comme le créateur de la thermodynamique avec son premier principe.

On ne peut pas en effet évoquer la thermodynamique et la compression des gaz sans parler de l’équation des gaz parfaits :

 

Ce sont de vieux souvenirs d'école mais il me revient à l'esprit le diagramme pression-volume de notre physicien qui montre le cycle de fonctionnement d'un moteur thermique circonscrit entre des courbes de détente et de compression adiabatique et isotherme. Il y aura bien temporairement la conversion de la matière plastique de nos emballages en combustible pour alimenter le moteur diesel de nos voitures mais cette chaîne énergétique est heureusement en passe de disparition pour ce qui concerne le transport automobile. Ceci en partie grâce à Jeremy Rifkin lorsqu’il expliquait dès 2008 dans son livre « La 3ème révolution industrielle » à propos du moteur thermique que « Le moteur à combustion interne n’est qu’une machine conçue pour transformer le pétrole en énergie et en mobilité ». Ceci dit il résume en quelques mots un état de fait : on peut faire mieux. Heureusement, homo sapiens est en passe de faire mieux pour l’automobile avec l’électricité. Il lui reste à franchir le pas pour l’habitat.

 

L'énergie mécanique (travail Wm) délivrée par le moteur thermique est égale à la quantité d'énergie thermique délivrée par la combustion (Q1) lors de la détente isothermique minorée de l'énergie perdue dans l'environnement en le réchauffant (Q2) lors de la compression isotherme.

Il faut savoir que dans des conditions optimales de fonctionnement, un moteur thermique comme celui d'une voiture automobile à essence offre aujourd'hui un rendement maximal voisin de 36 %. Cela revient à dire que les 64 % restant (Q2) ne sont pas converti en énergie mécanique mais de l'énergie thermique dissipée en pure perte dans l'environnement en le réchauffant.

Les performances théoriques de cette chaîne énergétique peuvent être calculées à partir des températures en degrés Kelvin des sources froides T2 et chaude T1

Le rendement R du moteur thermique à combustion interne de la voiture à essence ainsi que celui des turbines à gaz des réacteurs nucléaires français actuels est proche de :

R = ( T1 - T2) / T1  ceci avec T1 = 640K  et T2 = 340K  soit un rendement R voisin de 50% = (640 - 340)/640 = 47%

Les USA ont déjà tenté de mettre au point des surgénérateurs nucléaires à sel fondu et à neutrons rapides (Molten-salt Reactot Experiment), une chaîne énergétique de production de l'électricité qui aurait, vu la température T1  plus élevée et proche de 1000K un meilleur rendement R = (1000 - 340)/1000 = 66%

Moins contraignante en ce qui concerne la radioactivité que les réacteurs actuels, elle soulève vu les températures très élevées à la source chaude (1000 - 273 = 727°C) des problèmes métallurgiques difficilement surmontables.

Quoiqu’il en soit, c’est tout de même en ce qui concerne la voiture actuelle et les turbines à gaz des réacteurs actuels environ 50% qui est perdu en énergie thermique en réchauffant l’environnement.

 

 Notre problème est comparable en ce qui concerne notre maison (voir le fichier 5urgence-changement.pdf page 3). Ceci alors qu’avec le chauffage thermodynamique de l’habitat, on pourrait pour un temps le refroidir au lieu de le réchauffer (page 20)

Ces problèmes métallurgiques seront probablement aussi très difficiles à résoudre avec la fusion nucléaire qui passe par des températures encore plus élevées comparables à celles qui existent sur le soleil. Ceci dit iI semble heureusement envisageable de confiner la chaleur émise par effet magnétique. Cela permet d'espérer que la France passe à la pointe de la recherche grâce à Cadarache avec une chaîne énergétique sans déchets radioactifs. Mais ceci de l’avis de source autorisées pas avant 2050 concernant la mise en pratique. Dans l'intérim et le temps que les choses prennent place notre intérêt pour rétablir le climat est de considérer la première facette de l'hydrogène