Description du cours

Intitulé de l'Unité d'Enseignement

Gestion et production de l'énergie

Code de l'Unité d'Enseignement

21GE060

Année académique

2024 - 2025

Cycle

MASTER

Nombre de crédits

Nombre heures

Quadrimestre

Pondération

Site

Anjou

Langue d'enseignement

Français

Enseignant responsable

BARTOSIEWICZ Yann

Objectifs et contribution de l'Unité d'Enseignement au programme

Le cours s’inscrit dans la suite du cours d’énergétique en se concentrant sur l’aspect cycles et technologies de production. Ainsi, l’analyse sera essentiellement faite à l’échelle système par intégration des différents composants étudiés au cours d’énergétique. De façon générale, cette partie du cours couvre l’analyse énergétique des cycles complexes de conversion de la chaleur en électricité incluant les cycles à vapeur (classique, nucléaire), les turbines à gaz et cycles combinés, la cogénération et les technologies alternatives de production. Les étudiants seront également initiés à l’analyse exergétique en complément à l’analyse énergétique. Ces analyses seront mises en parallèle avec les solutions/choix techniques.

En termes de savoir :
- Décrire le fonctionnement des différents cycles de production d’électricité (à vapeur, à gaz, combinés, à énergie alternative) et de chaleur (cogénération) ;
- Comprendre la chaine de conversion énergétique entre l’énergie primaire et l’énergie mécanique/électricité et identifier les différents types de pertes ;
- Expliquer la différence entre énergie mécanique et thermique à l’aide de la notion d’exergie ;
- Identifier et expliquer les éléments d’optimisation de performance de cycles complexes ;

En termes de savoir-faire :
- Calculer et réaliser des bilans d’énergie au niveau des éléments principaux constituant un cycle ;
- Modéliser simplement les principaux cycles de production d’électricité ;
- Définir et évaluer les différents critères de performance des installations de production ;
- Appliquer le concept d’exergie en complément à une étude énergétique pour les installations motrices thermiques ;
- Evaluer et porter un regard critique sur les performances d’une installation et les moyens mis en œuvre pour l’amélioration de celles-ci ;
En termes de savoir-être :
- Appréhender le panel des technologies mises en œuvre dans le mix-énergétique ;
- Saisir le caractère irréversible des transformations de la chaine de conversion énergie-primaire/électricité et les technologies mises en œuvre pour limiter ces irréversibilités.

Partie Gestion de l'énergie:

Objectifs spécifiques en termes de savoir : A l’issue de ce cours, l’étudiant sera capable de comprendre les principales questions économiques au cœur du débat énergétique actuel

Objectifs spécifiques en termes de savoir-faire : A l’issue de ce cours l’étudiant sera capable :
- d’expliquer les principaux défis auxquels sont confrontés les acteurs du monde énergétique et le raisonnement économique sous-jacent de ceux-ci
- de porter un regard critique sur les solutions apportées aujourd’hui à la problématique compétitivité – sécurité d’approvisionnement - environnement

Objectifs spécifiques en termes de savoir être : A l’issue de ce cours, l’étudiant sera capable de comprendre les éléments principaux du débat énergétique et intervenir dans celui-ci en en maîtrisant les points importants

Prérequis et corequis

12ST010 - Chimie II
13ST020 - Energétique

L’étudiant est supposé connaître toutes les notions de base de thermodynamique enseignées dans ces cours (premier et deuxième principes, variables et transformation élémentaires, calcul de composants-machines motrices et réceptrice, gaz parfaits, vapeurs). Au niveau mathèmatique, les étudiants devront être à l’aise avec le calcul différentiel et intégral.

Pour la partie gestion, il est supposé maîtriser les notions de base de la micro-économie

Description du contenu

Le cours sera autant que possible basé sur une approche comparative énergétique/exergétique des moyens de production et des variantes/ améliorations des concepts de base en vue de l’amélioration de leur performance.

Cours #1 : Rappels : cycles thermodynamiques, critères de performance énergétique-économique. Thermodynamique des vapeurs. Introduction au concept d’exergie.
Cours #2 : Analyse exergétique : combustion, échange de chaleur, machines motrices-réceptrices, analyse exergétique de cycles.
Cours #3 : Cycle à vapeur. Cycles à soutirage. Cycles à resurchauffe, cycles complexes. Cycles nucléaires.
Cours #4 : Rappels : cycles à gaz. Cycles à compression étagés, cycles avec récupérateur. Cycles combinés.
Cours #5 : La cogénération.
Cours #6 : Technologies alternatives : éolien, hydro-électricité/stockage. Technologies en développement : nucléaire GENIV, power to gaz, etc

La partie gestion se focalisera sur un ensemble de thématiques contemporaines importantes dans le domaine de la gestion de l’énergie. Les thématiques seront choisies en fonction de l’actualité, des initiatives publiques et/ou de l’évolution du cadre réglementaire encadrant la production et la consommation de l’énergie. La gestion économique des centrales thermiques dans le cadre européen défini par le marché intérieur de l’énergie, la pénétration de plus en plus importante de moyens de production décentralisés et renouvelables et ses conséquences sur les prix, la gestion de la demande et l’impact de la problématique des gaz à effet de serre sur le secteur électrique et énergétique au sens large seront notamment au cœur de ces questions d’actualité.

Méthodes pédagogiques

Pour la partie « production » le cours sera donné de façon très interactive sollicitant la participation active des étudiants. Autour de thèmes principaux proposés par le professeur et selon le plan du cours, le dispositif pédagogique reposera sur un ensemble d’activités en trois étapes :

1) Avant le cours magistral : les étudiants seront amenés à préparer et se forger une première compréhension des notions du cours suivant, et ce à partir de différentes sources : livres de référence, recherche web, slides mis à disposition à l’avance par le professeur.

2) Pendant le cours : le professeur demandera à un groupe de synthétiser le résultat de leurs recherches sous forme d’une diapositive. Cela servira de point de départ de la discussion et du cours qui sera complété par le professeur sous forme de diapositives, explications, démonstrations et exemples/situations au tableau, etc. L’objectif est de créer une forte interactivité étudiants-professeur et étudiants-étudiants entre les différents groupes et de favoriser l’apprentissage actif.

3) Les étudiants seront charger d’organiser par petits groupes de travail le dernier cours au sujet des technologies alternatives en appliquant les approches, concepts et méthodologies définis lors des séances précédentes.

Pour la partie « gestion », des groupes de travail se pencheront sur une thématique particulière qu’ils aborderont au départ d’un ensemble d’articles professionnels sur le sujet. Les séances de travail programmées au cours du semestre seront l’occasion pour ces groupes de synthétiser ces articles dans des présentations et de poser les questions de clarification.
Le support consistera en un ensemble d’articles professionnels sur les thématiques retenues; ils pourront être complétés par des recherches bibliographiques propres à chaque groupe de travail.

Mode d'évaluation

Pour la partie « production » : L’examen est oral et individuel à livre ouvert (sous forme de questions/discussions). Il se fera en présentiel ou à distance en fonction des règles en vigueur suite à la pandémie de Covid 19. L’évaluation portera aussi bien sur la connaissance théorique d’un concept (compréhension, explication, mise en pratique) vu au cours que son application à travers un exemple simple (calcul, évaluation).
Pour la partie gestion, le travail sera présenté oralement via Microsoft Teams ou en présentiel si les règles en vigueur le permettent.

Pour la partie gestion, les présentations représenteront 2/3 de la cotation. L’examen écrit portera sur la compréhension de l’ensemble des thématiques via un ensemble de questions de fond. Il se fera à « livre ouvert ».

Références bibliographiques

Pour la partie « Production » : Les diapositives du professeur constitueront le support écrit structuré du cours et seront disponibles sous forme électronique. Le livre de référence sera utilisé pour les technologies de cycles thermiques de production :

Éléments de Thermodynamique Technique, Joseph Martin, Pierre Wauters, Presses universitaires de Louvain, ISBN : 978-2-87558-317-8. ISBN pour la version pdf électronique : 978-2-87558-318-5. Parution septembre 2014.

Pour les étudiants intéressés à approfondir :

Installation Thermiques Motrices, Analyse énergétique et exergétique, Joseph Martin, Pierre Wauters, Presses universitaires de Louvain, ISBN : 978-2-87463-264-8. Deuxième édition revue, parution 2011.

Les articles de support à la partie de gestion seront déposés sur le moodle du cours