Application des Énergies Renouvelables

1. INTRODUCTION

   On procède à une revue chronologique de l’utilisation de l’énergie, en définissant les principales formes d’énergie existantes et les ressources énergétiques naturelles renouvelables et non renouvelables. En parallèle, on analyse en profondeur les principaux impacts environnementaux associés à l’utilisation de l’énergie, les politiques et programmes énergétiques, le cadre énergétique actuel et les perspectives d’avenir.

   BREVE HISTOIRE DE L’UTILISATION D’ENERGIE

   La période préindustrielle. La révolution industrielle (1850-1950). La crise énergétique de 1973. La décennie 1990 : la problématique environnementale. Les cycles énergétiques.

   ÉNERGIE

   Énergie et puissance. Formes d’énergie. Efficacité d’un système énergétique. « Qualité » des formes d’énergie. Conversion et utilisation de l’énergie. Unités d’énergie et puissance. Conversion d’unités en d’autres quantités habituelles.

   RESSOURCES ENERGETIQUES

   Quantités globales, ressources, potentiel et sources d’énergie. Sources d’énergie non renouvelables. Sources d’énergie renouvelables.

   CADRE ENERGETIQUE ACTUEL

   Évolution de la consommation d’énergie et de la population. Inégalités de consommations d’énergie. Cadre énergétique mondial. Cadre énergétique à l’Union Européenne. Cadre énergétique en Espagne.

   IMPACT ENVIRONNEMENTAL ASSOCIE A L’UTILISATION D’ENERGIE

   Introduction. L’effet de serre. La pluie acide. La destruction de la couche d’ozone. La marée noire. Effets sur l’environnement associés à l’exploitation de l’énergie nucléaire. Le smog photochimique. La dégradation du sol.

   POLITIQUES ET PROGRAMMES ENERGETIQUES

   Planification énergétique nationale. Institutions et plans énergétiques supranationaux. La gestion de l’énergie dans le contexte régional. La gestion de l’énergie dans le contexte local. Principaux accords en matière d’énergie.

   PERSPECTIVES D’AVENIR

   Capacité de charge et développement durable. Perspectives de la consommation d’énergie. Attentes de l’utilisation des énergies renouvelables.

   LEGISLATION

   Recueil des différentes réglementations relatives aux énergies renouvelables.

2. ÉNERGIE SOLAIRE THERMIQUE

   Après l’étude des principaux paramètres caractéristiques du soleil et certaines notions de base sur l’astronomie et la position du soleil, on met l’accent sur les différents systèmes d’utilisation : actifs et passifs. D’un côté, il est question de la présentation didactique et simple des équipements et critères nécessaires pour une installation d’ECS, de chauffage des piscines par énergie solaire ou de plancher chauffant.

   LE SOLEIL

   Une étude du soleil. Rayonnement et constante solaire. L’énergie rayonnante, les photons et le corps noir. Le spectre solaire d’émission. Interaction du rayonnement solaire avec l’atmosphère. Irradiation sur une surface : absorption, réflexion et transmission.

   CONCEPTS ELEMENTAIRES D’ASTRONOMIE ET DE POSITION DU SOLEIL

   Principaux paramètres de la position soleil-terre. Temps solaire et angle horaire. Graphiques solaires. Calcul de l’angle d’incidence du rayonnement direct et de l’inclinaison du capteur. Distance minimale entre les panneaux et calcul des ombres. La mesure du rayonnement et des paramètres climatiques. Quantification, tableaux et cartes d’insolation.

   PROCESSUS THERMIQUES DIRECTS

   Énergie solaire passive. Énergie solaire active. Processus directs de conversion électrique.

   ÉQUIPEMENTS ET SYSTEMES

   Sous-système de captage : le capteur solaire à panneau plat. Sous-système de stockage : les accumulateurs. Sous-système de distribution et de consommation.

   OPTIMISATION ET UTILISATION DU CAPTAGE SOLAIRE THERMIQUE

   Premier principe : maximiser le captage de l’énergie solaire. Deuxième principe : donner la priorité à la consommation d’énergie solaire. Troisième principe : garantir la complémentarité entre l’énergie solaire et les sources conventionnelles. Quatrième principe : ne pas mélanger l’énergie du soleil avec la conventionnelle. Conclusions.

   EAU CHAUDE SANITAIRE

   Étude des besoins à couvrir : feuille de charge. Choix du système. Systèmes de production d’ECS. Transmission de chaleur au moyen d’un échangeur externe. Énergie d’appui d’ECS. Réalisation et entretien d’une installation d’ECS. Entretien préventif. Localisation et réparation des pannes. Structures de support et d’ancrage. Orientation et inclinaison des capteurs. Détermination des ombres. Distance minimale entre les capteurs.

   DIMENSIONNEMENT ET REGLAGE DES INSTALLATIONS SOLAIRES

   Dimensionnement de la surface de capteurs. Calcul des éléments de l’installation. Réglage et contrôle des installations solaires. Montage en série et en parallèle des capteurs.

   CHAUFFAGE DES PISCINES PAR ENERGIE SOLAIRE

   Types de capteurs. Caractéristiques de l’installation. Calcul de la surface de capteurs. Utilisation de la couverture thermique. Utilisation des tableaux pour le calcul des pertes de chaleur.

   AUTRES OPERATIONS. SYSTEMES DE CHAUFFAGE

   Éléments de base pour une installation de chauffage. Calcul et dimensionnement des installations.

3. ÉNERGIE SOLAIRE PHOTOVOLTAÏQUE

   On étudie les fondamentaux de la conversion photovoltaïque et les différents composants d’une installation de ce type. En outre, on fournit des exemples pour la conception, l’entretien, le montage, les coûts et le démarrage d’une installation photovoltaïque dans une maison permanente ou de vacances

   INTRODUCTION

   Applications de l’énergie solaire photovoltaïque. Situation dans l’Union Européenne.

   FONDEMENTS DE LA CONVERSION PHOTOVOLTAÏQUE

   Le courant électrique. Structure de la matière. La cellule solaire.

   ÉLEMENTS D’UNE INSTALLATION PHOTOVOLTAÏQUE

   Le module photovoltaïque. L’accumulateur. Le régulateur. Onduleurs photovoltaïques. Autres dispositifs électriques. Éclairage en courant continu. Importance des électroménagers à faible consommation.

   APPLICATIONS DE L’ENERGIE SOLAIRE PHOTOVOLTAÏQUE

   Installations isolées du réseau. Systèmes connectés au réseau. Suivi solaire.

   CONCEPTION ET CALCUL D’UNE INSTALLATION PHOTOVOLTAÏQUE

   Étude des besoins à couvrir. Tableau du rayonnement solaire. Calcul du système d’accumulation. Calcul du nombre de modules photovoltaïques. Calcul de la section du câblage. Calcul du régulateur. Calcul de l’onduleur. Structures de support et d’ancrage.

   MONTAGE ET MISE EN MARCHE

   ENTRETIEN DE L’INSTALLATION

   Ensemble de modules (Panneau). Entretien du système des accumulateurs. Contrôle du système de réglage et de câblage.

   CAS PRATIQUES

   Maison permanente. Installation dans une maison de vacances. Station météorologique. Installation de pompes.

   COUTS ET IMPACT SUR L’ENVIRONNEMENT

   Coût du kW produit. Impact environnemental. Perspectives d’avenir.

4. ÉNERGIE HYDRAULIQUE

   Après une brève présentation de l’évolution historique de l’utilisation de l’eau, on procède à la description d’une approche essentiellement technique et avec des exemples d’application, le génie civil concerné, les critères de conception de la pompe, les coûts et l’entretien, etc. Par ailleurs, on détaille largement l’impact environnemental lié à la construction d’un barrage ou réservoir et la situation actuelle et les perspectives d’avenir de ce type d’énergie.

   INTRODUCTION

   Évolution historique de l’utilisation de l’eau. Caractérisation d’un lac artificiel ou d’un réservoir. Types de centrales hydroélectriques. Mini centrales hydrauliques.

   HYDROLOGIE

   Définition et cycle hydrologique. Études pour définir un saut hydraulique. Étude hydrologique théorique. L’énergie de l’eau.

   GENIE CIVIL ET CHAMBRE A TURBINES

   Introduction. Barrage. Retenue d’eau. Canal de dérivation. Chambre de pression ou de charge. Tuyauteries de pression ou forcées. Dispositifs de fermeture, sécurité et accessoires. Chambre à turbines. Tuyau d’aspiration. Canal de vidange. Centrale.

   CRITERES DE CONCEPTION ET CALCUL DES COUTS

   Production d’une centrale hydroélectrique. Dimensionnement de la pompe. Étude économique d’un saut.

   INSTALLATION ELECTRIQUE

   Introduction. Générateurs. Transformateurs.

   CONTROLE ET ENTRETIEN

   Introduction. Réglementation et contrôle. Protections. Processus automatiques. Technologies dans le processus d’automatisation. Entretien.

   IMPACT ENVIRONNEMENTAL

   Introduction. Typologie et caractérisation des impacts. Phases d’une étude de l'impact environnemental. Glossaire.

   ACTUALITE ET AVENIR DE L’ENERGIE HYDROELECTRIQUE

   Situation actuelle et perspective d’avenir dans le monde. Situation actuelle et perspective d’avenir dans l’Union Européenne. Situation actuelle et perspective d’avenir.

5. ÉNERGIE ÉOLIENNE

   On expose de façon théorique et pratique la conception et le calcul du potentiel éolien d’une éolienne, en décrivant les meilleurs emplacements, les coûts et les types de turbines appropriées pour l’implantation d’un parc éolien. On explique également en détail les changements environnementaux produits, ainsi que la situation actuelle et les perspectives d’avenir de cette source d’énergie renouvelable.

   INTRODUCTION

   Évolution historique de l’utilisation d’éolienne. L’origine du vent. Caractérisation d’un parc éolien.

   ÉOLIENNES

   Introduction. Types d’éoliennes. Éléments d’une éolienne.

   INSTALLATIONS D’EOLIENNES

   Introduction. Installations non connectées au réseau électrique. Installations connectées au réseau. Entretien.

   POTENTIEL EOLIEN ET CRITERES DE CONCEPTION

   Approche théorique de la puissance développée par une éolienne d’axe horizontal. Hauteur de l’axe du rotor. Diamètre du rotor et vitesse nominale de conception. Vitesse de rotation du rotor. Exemple pratique de dimensionnement d’une éolienne.

   ÉTUDE TECHNIQUE ET ECONOMIQUE D’UNE INSTALLATION EOLIENNE

   Introduction. Calcul de l’investissement nécessaire pour l’implantation d’un parc éolien. Détermination des tarifs électriques. Exemple pratique.

   IMPACT ENVIRONNEMENTAL

   Introduction. Altérations du milieu physique. Altérations du milieu socioéconomique. Étude de l'impact environnemental.

   SITUATION ACTUELLE ET FUTURE DE L’ENERGIE EOLIENNE

   Situation actuelle et perspective d’avenir dans le monde. Situation actuelle et perspective d’avenir dans l’Union Européenne. Situation actuelle et perspective d’avenir.

6. ÉNERGIE GÉOTHERMIQUE

   On décrit les principales manifestations superficielles géothermiques et les différentes typologies d'exploitation de gisements, tout en insistant sur les différentes applications au niveau domestique et agricole. De même, on effectue une description de l’impact environnemental associé, ainsi que de l’actualité et de l’avenir de l’énergie géothermique.

   INTRODUCTION

   Manifestations superficielles géothermiques : les geysers et les fumerolles. Évolution historique de l’utilisation thermique.

   GEOTHERMIE

   L’intérieur de la Terre. Techniques de prospection. Bilan énergétique.

   TYPOLOGIES ET EXPLOITATION DE GISEMENTS

   Principes thermodynamiques. Gisements hydrothermiques. Gisements géo-pressurisés. Gisements de roche sèche chaude. Éléments d’une installation géothermique. Évaluation économique d’un gisement géothermique. Coûts d’investissement. Coûts de fonctionnement.

   AUTRES APPLICATIONS ET EXPERIENCES PRATIQUES

   Applications domestiques. Applications industrielles et agricoles. Exemple d’installation : système de chauffage et production d’ECS par énergie géothermique dans un bâtiment à usage public à Lleida. Réseau de chauffage approvisionné en énergie géothermique. Étude de la viabilité et utilisation d’énergie thermique dans des serres. Production d’énergie électrique et d’eau potable à partir d’un gisement géo-pressurisé.

   IMPACT ENVIRONNEMENTAL

   Facteurs susceptibles d’affecter l’environnement.

   ACTUALITE ET AVENIR DE L’ENERGIE GEOTHERMIQUE

   Situation actuelle et perspective d’avenir dans le monde. Situation actuelle et perspective d’avenir dans l’Union Européenne. Situation actuelle et perspective d’avenir.

7. ÉNERGIE DE LA BIOMASSE

   On effectue une description des différentes applications de la biomasse, que ce soit à des fins énergétiques ou matériels, en prévoyant, dans le premier cas, des processus de transformation de la biomasse en énergie avec de nombreuses installations exemple. De même, on se réfère aux vecteurs environnementaux affectés dans leur utilisation énergétique et dans les possibilités de développement.

   INTRODUCTION ET SITUATION ACTUELLE

   Concept de biomasse. Évolution de la biomasse comme première source d’énergie de l’humanité. Nature de la biomasse. Formation de la biomasse. Biomasse à usage énergétique. Possibilités énergétiques de la biomasse au niveau global. Évolution et perspectives de la biomasse comme source d’énergie. Situation actuelle dans l’Union Européenne. La biomasse dans le bilan énergétique espagnol. Avantages et inconvénients de la biomasse comme source d’énergie.

   TYPES DE BIOMASSE

   Classification de la biomasse selon son origine. Classification de la biomasse selon sa viabilité énergétique.

   BIOMASSE RESIDUELLE

   Introduction. Classification de la biomasse résiduelle. Le biogaz.

   CULTURES ENERGETIQUES

   Évolution de l’agriculture. Cultures énergétiques. Applications des cultures énergétiques. Types de cultures énergétiques.

   BIOCARBURANTS.

   Introduction. Bio-alcools. Bio-huiles. Différents programmes de biocarburants.

   PROCESSUS DE TRANSFORMATION DE LA BIOMASSE EN ENERGIE

   Introduction. Types de processus. Le traitement des RSU. État de développement des technologies de conversion de la biomasse.

   APPLICATIONS ET EXPERIENCES

   Introduction. Applications de la biomasse. Installations exemple.

   IMPACT ENVIRONNEMENTAL

   Introduction. Émissions atmosphériques. La biomasse et l’effet de serre. Pollution de l’eau. RSU. Déchets agricoles et forestiers. Cultures énergétiques. Biocarburants. Résumé et conclusions.

8. ÉNERGIE DE LA MER

   On présente les principes physiques régissant les marées, l’énergie houlomotrice et l’énergie marémotrice, en soulignant dans chaque cas son potentiel, sa viabilité économique, son impact environnemental et ses perspectives d’avenir.

   ÉNERGIE MAREMOTRICE

   Principe physique élémentaire des marées. Utilisation de l’énergie marémotrice. Exploitation d’une centrale marémotrice. Potentiel marémoteur dans le monde. Impact sur l’environnement d’une centrale marémotrice. Intégration dans le réseau électrique. Viabilité économique et perspectives d’avenir.

   ÉNERGIE HOULOMOTRICE

   Principes physique de l’énergie houlomotrice. Utilisation de l’énergie houlomotrice. Exploitation de l’énergie houlomotrice. Potentiel de l’énergie dissipée par les vagues. Impact environnemental. Intégration dans le réseau électrique. Viabilité économique. Perspectives d’avenir.

   ÉNERGIE MARETHERMIQUE.

   Principe physique fondamental de l’énergie maréthermique. Utilisation de l’énergie maréthermique. Exploitation d’une centrale maréthermique. Potentiel maréthermique. Impact environnemental. Coûts et perspectives d’avenir.

   CORROSION DES METAUX

   Concepts de base. Classification de la corrosion. Aspects thermodynamiques des réactions de corrosion. Facteurs cinétiques de la corrosion électrochimique. Protection contre la corrosion. Corrosion marine.

9. CAS PRATIQUES

   Conception d’une installation d’eau chaude sanitaire (ECS). Conception de chauffage d’une piscine par énergie solaire. Conception d’une installation photovoltaïque dans une maison permanente. Conception d’une installation photovoltaïque dans une maison de vacances. Conception d’une station météorologique. Conception d’une installation de pompes. Conception de la pompe d’une turbine. Dimensionnement d’une éolienne. Conception d’un système de chauffage et production d’ECS par énergie géothermique dans un bâtiment à usage public à Lleida.

REMARQUE : Le contenu du programme académique peut être soumis à de légères modifications en fonction des mises à jour ou des améliorations effectuées.