Efficacité énergétique (thermodynamique)

Cet article concerne la notion thermodynamique. Pour la notion de droit et d'économie, voir Efficacité énergétique (économie).

En physique et ingénierie mécanique, l'efficacité énergétique (ou efficacité thermodynamique) est un nombre sans dimension, qui est le rapport entre ce qui peut être récupéré utilement de la machine sur ce qui a été dépensé pour la faire fonctionner.

Cette notion est très souvent confondue avec le rendement, qui est le rapport entre l'efficacité réelle de la machine et l'efficacité théorique maximale qu'on peut attendre d'elle. Le rendement a toujours une valeur comprise entre 0 et 1 (ou 0 et 100 %), alors que selon le système, l'efficacité peut prendre n'importe quelle valeur positive^[1].

En économie, le terme d’efficacité énergétique est utilisé de manière synonyme de l’efficience énergétique, qui consiste à réduire les consommations d’énergie, à service rendu égal.

Physique

Efficacité énergétique

Définition

L'efficacité énergétique d'un système dépend de sa vocation :

• dans le cas d'un moteur, il s'agit de :

$\mathrm{Efficacit\acute{e}} = { W \over \mathrm{\acute{e}nergie}}$

où W est la quantité utile de travail produite par le système (en joules), et l'énergie est la quantité d'énergie (aussi en joules) utilisée pour faire fonctionner le système.

L'efficacité énergétique peut également se rapporter à l'utilisation des techniques ou des pratiques pour réduire l'utilisation d'énergie.

Une efficacité de 1 (100 %) est impossible pour un moteur : le deuxième principe de la thermodynamique l'interdit.

• dans le cas d'un réfrigérateur ou d'une pompe à chaleur, il s'agit de :

$\mathrm{Efficacit\acute{e}} = { Q \over \mathrm{\acute{e}nergie}}$

où Q est la chaleur utile échangée par le système (en joules), et l'énergie est la quantité d'énergie (aussi en joules) utilisée pour faire fonctionner le système. Dans le cas d'un réfrigérateur, la chaleur utile est celle qui sert à refroidir les aliments, dans le cas d'une pompe à chaleur c'est celle qui sert à chauffer l'intérieur de la maison.

Exemples d’efficacités énergétiques de conversion

Processus de conversion	Efficacité énergétique
Génération électrique
Turbine à gaz	jusqu'à 40%
Turbine à gaz plus Turbine à vapeur (Cycle combiné)	jusqu'à 60%
Turbine hydraulique	jusqu'à 90% (atteint en pratique)
Éolienne	jusqu'à 59% (limite théorique)
Cellule photovoltaïque	6% à 40% (selon la technologie, 15% le plus souvent, 85%-90% limite théorique)
Pile à combustible	jusqu’à 85%
Production d'électricité mondiale 2008	Production brute 39%, Production nette 33%.[2]
Machine/Moteur
Moteur à combustion	10-50%[3]
Moteur électrique	30-60% (petits < 10W); 50-90 (entre 10 et 200W); 70-99.99% (plus de 200W)
Processus naturel
Photosynthèse	up to 6% [4]
Muscle	14% - 27%
Appliance
Réfrigérateur domestique	bas de gamme ~ 20%; haute de gamme ~ 40-50%
Lampe à incandescence classique	0.7-5.1%[5], 5-10
Diode électroluminescente	4.2-14.9%[5], up to 35% [6]
Tube fluorescent	8.0-15.6%[5], 28% [7]
Lampe à vapeur de sodium	15.0-29.0%[5], 40.5% [7]
Lampe Métal halide	9.5-17.0%[5], 24% [7]
Alimentation à découpage	Actuellement jusqu’à 95% en pratique
Chauffe-eau	90-95%
Radiateur électrique	100% (toute l’énergie est convertie en chaleur)
autres
Arme à feu	~30%
Électrolyse de l'eau	50%-70% (80%-94% maximum théorique)

Notes et références

1. ↑ Néanmoins dans le cas des moteurs, l'efficacité est également limitée à 1, d'où la confusion très courante du terme avec le rendement.
2. ↑ IEC/OECD 2008 Production énergétique mondiale, lu le 2011-06-08
3. ↑ Motivations pour la promotion de diesels propres, US Department Of Energy, 2006
4. ↑ Miyamoto K, « Chapter 1 - Biological energy production », Renewable biological systems for alternative sustainable energy production (FAO Agricultural Services Bulletin - 128), Food and Agriculture Organization of the United Nations
5. ↑ ^{a, b, c, d et e} Rendement lumineux#efficacité lumineuse
6. ↑ Cree's blue LED has quantum efficiency of 35%, compoundsemiconductor.net, 2003
7. ↑ ^{a, b et c} Light Pollution Handbook, Springer, 2004

Voir aussi

Articles connexes

• Efficience énergétique
• Maîtrise de la demande en énergie
• Loi Grenelle I et Grenelle II
• énergie
• Ademe
• économie d'énergie

Bibliographie

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