Que de progrès depuis que Denis Papin a inventé la première machine à vapeur. Aujourd’hui les machines dont le cycle thermodynamique est le plus efficace sont les cycles combinés. Surpassant les cycles dithermes de plusieurs pour-cents de rendement en utilisant la source froide d’un cycle comme source chaude du suivant.
Rappelons ici le principe de Carnot qui dit que l’efficacité maximale possible d’un cycle thermodynamique ditherme, pour une certaine masse de fluide, ne dépend que de l’écart des températures des sources chaudes et froides.
Il y a encore des progrès à faire, ne serait-ce qu’en adjoignant un troisième cycle thermodynamique, ce qui aurait pour effet de diminuer encore la température de source froide ou encore en utilisant des matériaux capables de supporter des températures plus élevées à l’admission, augmentant la température de source chaude. Il y a plus de 20 ans déjà que de tels cycles ont été développés…puis abandonnés. N’est-il pas temps de reprendre la recherche dans ce sens ?
Il reste également une autre piste insuffisamment explorée à l’heure actuelle, c’est celle des cycles régénératifs.
Qu’est ce qu’un cycle régénératif ? C’est un cycle ou une partie de la masse de fluide produit du travail sur une partie du cycle mais est prélevée dans la machine afin de produire une partie de la chaleur nécessaire au chauffage du fluide.
Et cela marche ! Depuis les années 1930, les turbines à vapeur sont munies de soutirages de vapeur qui permettent un réchauffage de l’eau.
L’eau passe de 30 à 250°C en se parcourant 5 à 7 échangeurs alimentés par de la vapeur prélevée en différents points de la turbine. Ce dispositif permet de réduire de 15 % le débit de vapeur échangeant avec la source froide mais demande également 15 % de débit de vapeur supplémentaire en chaudière. C’est donc 1/3 de la vapeur produite qui recircule en permanence entre les sources chaude et froide du cycle principal, parcourant des cycles partiels entre la source chaude et le niveau de température du chaque réchauffeur dans laquelle elle se condense.
Le gain en rendement est de 5%. Ce n’est vraiment pas rien.
Alors on se demande bien pourquoi les cycles combinés n’utilisent pas cette technique. Bien sûr, les réchauffeurs sont un investissement important et l’utilisation de plusieurs niveaux de pression diminue probablement le gain possible. Mais le réchauffage de l’eau se fait tout de même en provoquant une grosse irréversibilité. Ainsi au gaz naturel, la température minimale des fumées est de 105°C alors que l’eau condensée du cycle eau-vapeur est à 30°C !
Plus généralement, les industriels devraient revisiter tous les cycles thermodynamiques et évaluer les gains possibles en utilisant des cycles régénératifs.
Cela représente des investissements mais l’évolution à la hausse des prix de l’énergie devrait dans bien des cas rentabiliser cette option.
Mais même si on ne gagnait que 1%, la planète ne le vaut-elle pas ?
I’ll send an SOS to the world
I hope that someone gets my
Message in a bottle
[ Archive ] – Cet article a été écrit par Alain Duparquet
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