Convertisseurs thermomécaniques - Conversion de l'énergie. Cycles générateurs

Les convertisseurs thermomécaniques ont pour rôle de convertir l’énergie thermique en énergie mécanique et vice et versa. Ce sont, d’une part, les différents moteurs thermiques : moteurs à essence et moteurs Diesel, turbines à gaz ou à combustion et turboréacteurs, installations motrices à vapeur, etc., d’autre part, les machines frigorifiques et pompes à chaleur à compression mécanique de gaz ou de vapeur. On les trouve dans tous les secteurs économiques : transport, industrie, agriculture et résidentiel.

L’ensemble des quatre dossiers , , et consacrés à ces machines ne donne que leur principe de fonctionnement à travers l’étude des cycles thermodynamiques d’évolution du fluide de travail conduisant à la conversion d’énergie. Le fonctionnement pratique de ces machines fait l’objet de nombreux autres dossiers des Techniques de l’Ingénieur aussi bien dans le traité de Génie énergétique que dans celui des Machines hydrauliques et thermiques.

La théorie fondamentale du fonctionnement de ces machines fait appel aux deux principes de la thermodynamique, celui de la conservation de l’énergie et celui du sens (ou de la « flèche ») des transferts d’énergie des hautes intensités vers les basses intensités. Ainsi, la première partie de ce dossier est consacrée à une présentation résumée de ces principes. La notion générale de convertisseur thermodynamique, associée à l’évolution cyclique du fluide de travail et à celle de rendement, complète cette analyse basique. Le cycle de Carnot, moteur ou générateur, qui sert de base de comparaison pour toutes les machines réelles est aussi introduit.

Les cycles des machines frigorifiques et ceux des pompes à chaleur, convertisseurs mécano-thermiques, sont strictement les mêmes. Fondamentalement, il en existe deux, l’un adapté aux machines à compression de gaz, l’autre aux machines à compression de vapeur qui sont, de loin, les plus nombreuses. Chacun de ces cycles est analysé sous sa forme basique ainsi que sous ses différentes variantes. Enfin, une analyse exergétique du fonctionnement de ces machines conclut ce dossier.

Les dossiers , et sont réservés à une présentation analogue pour les convertisseurs strictement thermomécaniques que sont les divers moteurs thermiques à gaz, à flux continu ou alternatif et à vapeur.