INTRODUCTION
Modéliser des systèmes thermodynamiques est un exercice considéré comme particulièrement difficile pour de nombreuses raisons, par exemple :
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la discipline fait appel à certains concepts fondamentaux délicats à maîtriser, comme l'énergie interne, l'enthalpie ou l'entropie ;
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les calculs à effectuer sont presque toujours complexes, tant sur le plan formel que numérique, notamment en système fermé ;
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les lois même les plus simples sont fortement non linéaires.
De surcroît, lorsque l'on approfondit un peu les choses, on est amené à distinguer deux niveaux dans les modèles :
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les modèles phénoménologiques qui donnent accès au calcul des cycles thermodynamiques, indépendamment du choix d'une technologie de composant particulière ;
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les modèles de dimensionnement technologique et de simulation en régime non nominal qui fournissent non seulement les mêmes résultats que les précédents, mais, grâce à la prise en compte d'équations complémentaires spécifiques aux technologies choisies, permettent en plus de dimensionner précisément les divers composants puis, une fois ce travail réalisé, d'étudier le comportement du système considéré en dehors des conditions de fonctionnement pour lesquelles il a été dimensionné.
Cette seconde classe de modèles n'a été jusqu'ici que très peu étudiée, bien qu'elle soit la seule qui permette de vraiment répondre aux questions que se posent la plupart des modélisateurs. Cette situation un peu paradoxale provient de ce que de tels modèles sont beaucoup plus difficiles à écrire et à résoudre que les calculs de cycles, ces derniers étant déjà souvent assez complexes. Faute de disposer d'outils appropriés, les modélisateurs ont jusqu'ici été contraints de limiter leurs ambitions en la matière.
Précisons bien que ce que nous appelons régime non nominal correspond au fonctionnement stabilisé d'une installation pour des conditions opératoires différentes de celles pour lesquelles elle a été dimensionnée : il ne s'agit pas d'étudier le régime transitoire rapide résultant par exemple des actuateurs d'une régulation.
Le progiciel Thermoptim a été bâti pour faciliter et sécuriser la modélisation des technologies de conversion de l'énergie. Ses fonctionnalités lui permettent dorénavant d'effectuer aussi bien des études de cycles que d'aborder la simulation en régime non nominal de divers systèmes, comme nous le montrons dans ce dossier.
Utilisé dans plus de 120 établissements d'enseignement et par de nombreux industriels, Thermoptim permet ainsi de profondément renouveler la modélisation en thermodynamique appliquée.
L'intérêt qu'il a suscité depuis sa diffusion initiale en 1998 par les Techniques de l'Ingénieur sous le nom de ThermoCalc a justifié la mise au point de nombreuses ressources pédagogiques numériques destinées à faciliter sa prise en main et son utilisation, qui sont aujourd'hui rassemblées dans le portail Thermoptim-UNIT (http://www.thermoptim.org) auquel nous conseillons au lecteur de se référer.
Notations et symboles
