Energies renouvelables

1. Historique, contexte, marchés de l’aérogénération électrique éolienne. Principaux acteurs du marché ; éléments de développement et de frein à l’expansion de la filière. Eléments de coûts et de développement d’un parc éolien.
2. Caractérisation de la ressource éolienne (le vent), effets d’altitude et de sillage, éléments théoriques (limite de Betz) sur le productible éolien et sur l’efficacité énergétique des aérogénérateurs ;  du contrôle mécanique par réglage des pâles aux zones de fonctionnement du démarrage à l’arrêt en sécurité.
3. Constitution des aérogénérateurs électriques : nacelles avec et sans multiplicateur de vitesse ;
4. éléments de conception des chaines éoliennes selon leur taille et leur technologie ; mini TD ;
5. Analyse transitoire et réglage stable du point de fonctionnement dans le plan couple vitesse ;

Principales architectures de conversion de puissance des chaines asynchrones et synchrones respectivement avec et sans multiplicateur, avec et sans électronique de puissance ;

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Introduction sur les biocarburants :

• Définition, les grandes familles, classification et Propriétés
• Situation Mondiale, Européenne, Française
• Bilans Environnementaux et Economique
• Législation et ouverture sur l’emploi

Filière bioéthanol 1ère génération:

- Propriétés et utilisations de l’éthanol carburant

- Procédé de production par filière : Schéma général, fermentation, préparation des matières premières, séparation de l’éthanol, perspectives d’amélioration

- Bilans énergétique et environnemental

- Développement de la filière (France, Europe, Monde)

Le biodiesel :

- Données générales : Physico-chimie, normes, rappel sur les production mondiales et européennes, sites de productions

- les matières premières et leur préparation.

 Chimie et procédés, catalyse basique (Lurgi), hétérogène (EsterFIP), ouverture vers procédé HVO  

Le biogaz :

- Généralités et Production : Biogaz, GNV, Biogaz-carburant

- Transformations biologiques et Procédés

- Bilans environnementaux et économique en comparaison des autres utilisations

Les systèmes énergétiques biocatalysés: biopiles et électrolyseurs microbiens

-          Contexte historique : de la recherche à la réalité économique pour des marchés de niche

-          Deux familles de biopiles:

• Les piles microbiennes
• Les piles enzymatiques

-          Production d’hydrogène par électrolyse microbienne

Le rôle de la recherche dans la production et l’utilisation du bioéthanol et du biodiesel, en relation avec les aspects énergétiques et environnementaux

-          Introduction sur les enjeux des filières biocarburants

-          Le rôle de la recherche pour la production de bioéthanol 

• Les biocarburants « deuxième génération »
• Innovation dans le domaine des procédés de production
• Concept de bioraffineries

-          Le rôle de la recherche pour la production de biodiesel 

• Innovation en matière de raffinage et de transformation des huiles végétales
• Diversification des matières premières
• Adéquation entre motorisation et carburants oxygénés

-          Bilans énergétiques et environnementaux

Evaluation :

Projet bibliographique par groupe autour d’une problématique spécifique des biocombustibles tels que : la réduction des GES et autres polluants pour le bioéthanol, l’utilisation des terres agricoles pour la production de bioéthanol, le biodiesel produit à partir du procédé HVO, la compréhension des différents critères énergétique pour les carburants appliqué au bioéthanol de blé et au biodiésel de colza, le biogaz : quelle utilisation ? pour quelles raisons ?

Présentation des résultats sous forme de présentation orale

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- Problématique politique/économique/sociale/stratégique
       - nouvelles énergies
       - énergie renouvelable
       - avenir des énergies fossiles ?
       - énergie "propre" (cycle du CO2)
       - indépendance énergétique
- les voies de valorisation de la biomasse
       - pyrolyse lente basse T : bio -> liquide
       - pyrolyse rapide haute T : bio -> gaz+charbon
       - pyrolyse très haute température : bio -> gaz
- Généralités sur les procédés de conversion
       - Aspect technologique
       - filières (gaz, liquide, bases carburants, ...)
       - exemples de procédés

- Phénoménologie de la conversion de la biomasse

       - définition de la biomasse

       - les réactions, généralités

               - espèces mises en jeu

               - enthalpies de réaction => endothermicité => problématique de l'apport de la chaleur (combustion d'un résidu ou apport externe par combustion ou électrique)

- la pyrolyse et la vapogazéification à haute température

       - espèces mises en jeu

       - les réactions, détails

       - la thermo

       - comparaison aux résultats expérimentaux

       - la cinétique

              - la catalyse

       - bilan énergétique

- les réacteurs à lit fluidisé pour la mise en œuvre de la vapogazeification de la biomasse

            - introduction a la fluidisation

            - description des différentes approches de modélisation

                        - l'approche corrélative GC

                        - l'approche locale CFD

            - résumé des corrélations essentielles pour le prédimensionnement des réacteurs a lits fluidises

            - méthode de prédimensionnement des réacteurs

BER : exemple sur un procédé de conversion du bois en gaz

- description générale

- bilan enthalpique

- prédimensionnement des zones réactionnelles

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L’énergie solaire : contexte et généralités

II La conversion photovoltaïque :

            Le rayonnement dans l’espace, sur Terre, masse atmosphérique

            Principes physiques, cellule à jonction PN, caractéristique, influence éclairement et T

            Matériaux et technologies des cellules photovoltaïques

III De la cellule au générateur photovoltaïque, modularité

Associations de cellules, mise en série, en parallèle, déséquilibres et protections

Modélisation, simulation, commande MPPT

IV Systèmes photovoltaïques

            Problématique, architectures, gestion de l’énergie (raccordé, isolé, stockage, …)

            Production énergétique, gisement solaire, caractérisation, dimensionnement, ACV

            Systèmes raccordés au réseau

            Systèmes autonomes non raccordés

V Calculs économiques : taux d’actualisation, inflation, TRI, LCOE, …

Les mécanismes d’aides : tarifs de rachat, compléments de rémunération.

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Introduction sur les biocarburants :

Filière bioéthanol 1ère génération:

- Propriétés et utilisations de l’éthanol carburant

- Procédé de production par filière : Schéma général, fermentation, préparation des matières premières, séparation de l’éthanol, perspectives d’amélioration

- Bilans énergétique et environnemental

- Développement de la filière (France, Europe, Monde)

Le biodiesel :

- Données générales : Physico-chimie, normes, rappel sur les production mondiales et européennes, sites de productions

- les matières premières et leur préparation.

Chimie et procédés, catalyse basique (Lurgi), hétérogène (EsterFIP), ouverture vers procédé HVO  

Le biogaz :

- Généralités et Production : Biogaz, GNV, Biogaz-carburant

- Transformations biologiques et Procédés

- Bilans environnementaux et économique en comparaison des autres utilisations

Les systèmes énergétiques biocatalysés: biopiles et électrolyseurs microbiens

• Contexte historique : de la recherche à la réalité économique pour des marchés de niche
• Deux familles de biopiles:
  • Les piles microbiennes
  • Les piles enzymatiques
• Production d’hydrogène par électrolyse microbienne

Le rôle de la recherche dans la production et l’utilisation du bioéthanol et du biodiesel, en relation avec les aspects énergétiques et environnementaux

• Introduction sur les enjeux des filières biocarburants
• Le rôle de la recherche pour la production de bioéthanol 
• Les biocarburants « deuxième génération »
• Innovation dans le domaine des procédés de production
• Concept de bioraffineries
• Le rôle de la recherche pour la production de biodiesel 
• Innovation en matière de raffinage et de transformation des huiles végétales
• Diversification des matières premières
• Adéquation entre motorisation et carburants oxygénés
• Bilans énergétiques et environnementaux

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- Problématique politique/économique/sociale/stratégique
       - nouvelles énergies
       - énergie renouvelable
       - avenir des énergies fossiles ?
       - énergie "propre" (cycle du CO2)
       - indépendance énergétique
- les voies de valorisation de la biomasse
       - pyrolyse lente basse T : bio -> liquide
       - pyrolyse rapide haute T : bio -> gaz+charbon
       - pyrolyse très haute température : bio -> gaz
- Généralités sur les procédés de conversion
       - Aspect technologique
       - filières (gaz, liquide, bases carburants, ...)
       - exemples de procédés

- Phénoménologie de la conversion de la biomasse

       - définition de la biomasse

       - les réactions, généralités

               - espèces mises en jeu

               - enthalpies de réaction => endothermicité => problématique de l'apport de la chaleur (combustion d'un résidu ou apport externe par combustion ou électrique)

- la pyrolyse et la vapogazéification à haute température

       - espèces mises en jeu

       - les réactions, détails

       - la thermo

       - comparaison aux résultats expérimentaux

       - la cinétique

              - la catalyse

       - bilan énergétique

- les réacteurs à lit fluidisé pour la mise en œuvre de la vapogazeification de la biomasse

            - introduction a la fluidisation

            - description des différentes approches de modélisation

                        - l'approche corrélative GC

                        - l'approche locale CFD

            - résumé des corrélations essentielles pour le prédimensionnement des réacteurs a lits fluidises

            - méthode de prédimensionnement des réacteurs

BER : exemple sur un procédé de conversion du bois en gaz

- description générale

- bilan enthalpique

- prédimensionnement des zones réactionnelles

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I L’énergie solaire : contexte et généralités

II La conversion photovoltaïque :

            Le rayonnement dans l’espace, sur Terre, masse atmosphérique

            Principes physiques, cellule à jonction PN, caractéristique, influence éclairement et T

            Matériaux et technologies des cellules photovoltaïques

III De la cellule au générateur photovoltaïque, modularité

Associations de cellules, mise en série, en parallèle, déséquilibres et protections

Modélisation, simulation, commande MPPT

IV Systèmes photovoltaïques

            Problématique, architectures, gestion de l’énergie (raccordé, isolé, stockage, …)

            Production énergétique, gisement solaire, caractérisation, dimensionnement, ACV

            Systèmes raccordés au réseau

            Systèmes autonomes non raccordés

V Calculs économiques : taux d’actualisation, inflation, TRI, LCOE, …

Les mécanismes d’aides : tarifs de rachat, compléments de rémunération.

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L’hydroélectricité : différents types d’ouvrages

Les barrages, leur classement et leur surveillance

Les différentes turbines et le choix en fonction des caractéristiques de l’ouvrage

L'hydrologie d'un aménagement, les ouvrages de prise d'eau, d'amenée et de restitution, les turbines et la puissance disponible, les impacts environnementaux et leurs mesures de réduction. Réglementation à appliquer.

Organisation et législation de la production hydraulique en France, contrats d’obligation d’achat

Prédimensionnement technico-économique d’une centrale (BE

Visite du site de production EDF Bazacle

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Introduction sur les biocarburants :

Filière bioéthanol 1ère génération:

- Propriétés et utilisations de l’éthanol carburant

- Procédé de production par filière : Schéma général, fermentation, préparation des matières premières, séparation de l’éthanol, perspectives d’amélioration

- Bilans énergétique et environnemental

- Développement de la filière (France, Europe, Monde)

Le biodiesel :

- Données générales : Physico-chimie, normes, rappel sur les production mondiales et européennes, sites de productions

- les matières premières et leur préparation.

Chimie et procédés, catalyse basique (Lurgi), hétérogène (EsterFIP), ouverture vers procédé HVO  

Le biogaz :

- Généralités et Production : Biogaz, GNV, Biogaz-carburant

- Transformations biologiques et Procédés

- Bilans environnementaux et économique en comparaison des autres utilisations

Les systèmes énergétiques biocatalysés: biopiles et électrolyseurs microbiens

• Contexte historique : de la recherche à la réalité économique pour des marchés de niche
• Deux familles de biopiles:
  • Les piles microbiennes
  • Les piles enzymatiques
• Production d’hydrogène par électrolyse microbienne

Le rôle de la recherche dans la production et l’utilisation du bioéthanol et du biodiesel, en relation avec les aspects énergétiques et environnementaux

• Introduction sur les enjeux des filières biocarburants
• Le rôle de la recherche pour la production de bioéthanol 
• Les biocarburants « deuxième génération »
• Innovation dans le domaine des procédés de production
• Concept de bioraffineries
• Le rôle de la recherche pour la production de biodiesel 
• Innovation en matière de raffinage et de transformation des huiles végétales
• Diversification des matières premières
• Adéquation entre motorisation et carburants oxygénés
• Bilans énergétiques et environnementaux

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- Problématique politique/économique/sociale/stratégique
       - nouvelles énergies
       - énergie renouvelable
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       - énergie "propre" (cycle du CO2)
       - indépendance énergétique
- les voies de valorisation de la biomasse
       - pyrolyse lente basse T : bio -> liquide
       - pyrolyse rapide haute T : bio -> gaz+charbon
       - pyrolyse très haute température : bio -> gaz
- Généralités sur les procédés de conversion
       - Aspect technologique
       - filières (gaz, liquide, bases carburants, ...)
       - exemples de procédés

- Phénoménologie de la conversion de la biomasse

       - définition de la biomasse

       - les réactions, généralités

               - espèces mises en jeu

               - enthalpies de réaction => endothermicité => problématique de l'apport de la chaleur (combustion d'un résidu ou apport externe par combustion ou électrique)

- la pyrolyse et la vapogazéification à haute température

       - espèces mises en jeu

       - les réactions, détails

       - la thermo

       - comparaison aux résultats expérimentaux

       - la cinétique

              - la catalyse

       - bilan énergétique

- les réacteurs à lit fluidisé pour la mise en œuvre de la vapogazeification de la biomasse

            - introduction a la fluidisation

            - description des différentes approches de modélisation

                        - l'approche corrélative GC

                        - l'approche locale CFD

            - résumé des corrélations essentielles pour le prédimensionnement des réacteurs a lits fluidises

            - méthode de prédimensionnement des réacteurs

BER : exemple sur un procédé de conversion du bois en gaz

- description générale

- bilan enthalpique

- prédimensionnement des zones réactionnelles

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I L’énergie solaire : contexte et généralités

II La conversion photovoltaïque :

            Le rayonnement dans l’espace, sur Terre, masse atmosphérique

            Principes physiques, cellule à jonction PN, caractéristique, influence éclairement et T

            Matériaux et technologies des cellules photovoltaïques

III De la cellule au générateur photovoltaïque, modularité

Associations de cellules, mise en série, en parallèle, déséquilibres et protections

Modélisation, simulation, commande MPPT

IV Systèmes photovoltaïques

            Problématique, architectures, gestion de l’énergie (raccordé, isolé, stockage, …)

            Production énergétique, gisement solaire, caractérisation, dimensionnement, ACV

            Systèmes raccordés au réseau

            Systèmes autonomes non raccordés

V Calculs économiques : taux d’actualisation, inflation, TRI, LCOE, …

Les mécanismes d’aides : tarifs de rachat, compléments de rémunération.

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L’hydroélectricité : différents types d’ouvrages

Les barrages, leur classement et leur surveillance

Les différentes turbines et le choix en fonction des caractéristiques de l’ouvrage

L'hydrologie d'un aménagement, les ouvrages de prise d'eau, d'amenée et de restitution, les turbines et la puissance disponible, les impacts environnementaux et leurs mesures de réduction. Réglementation à appliquer.

Organisation et législation de la production hydraulique en France, contrats d’obligation d’achat

Prédimensionnement technico-économique d’une centrale (BE

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