Entropie,

ensemble des articles publiés en août 2007

sous le pseudo: "Ortograf-fr"

par Louis Rougnon-Glasson

professeur agrégé en sciences physiques

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Contenu

La "pompe à chaleur idéale" pour expliquer les chauffages à faible production d'entropie

Nouvelles exigences en matière d'économies d'énergie: les chauffages à faible production d'entropie. Il consiste à réduire non seulement les déperditions d'énergie, mais aussi les dégradations d'énergie. La grandeur entropie n'apparait pas explicitement dans les calculs. On évite ici de l'utiliser en se référant à l'élément de comparaison d'une pompe à chaleur idéale et au rendement de Carnot. page 216 - 2007-08

Pompes à chaleur: pour en finir avec le COP. Histoire d'une confusion

Parce que les rendements des pompes à chaleur sont supérieurs à 100%, on les a appelés COP, et non "rendements" au moment de leur découverte, tout simplement parce qu'on croyait qu'un rendement énergétique ne peut pas dépasser 100%.

Actuellement, on continue de croire qu'un rendement énergétique ne peut pas dépasser 100%, et, pour cette raison, on considère comme excellents des systèmes de chauffage qui sont en réalité extrêmement médiocres. page 231 - 2007-08

En marge du conflit entre écolos et pronucléaires,

le filon négligé de la cogénération

Le débat entre les écologistes et les pronucléaires laisse de côté un énorme gaspillage. Un aperçu de ce gaspillage et de son remède est présenté ici en toute indépendance. Il correspond à la dégradation d'énergie qui se produit lorsque la chaleur basse température de nos immeubles est obtenue soit à partir d'énergie électrique, soit à partir de la chaleur haute température de la flamme d'une chaudière. Cette dégradation d'énergie peut être calculée, en physique, on l'appelle production d'entropie. page 232 - 2007-08

L'entropie en bref. Pour en finir avec les gaspillages de l'entropie

Dans un milieu ambiant à la température absolue Ta, produire une entropie S (en joules par kelvin) revient à CHAUFFER L'AIR DU TEMPS en lui fournissant l'énergie électrique:
W = S . Ta

On utilise ici l'exemple le plus banal qui permet de comprendre réellement la signification de l'entropie comme application du rendement de Carnot .page 233 - 2007-08

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Effet de serre: basculement à cause de la vapeur d'eau?

A cause d'elle, on pourrait bien avoir seulement deux températures moyennes d'équilibre stables, une relativement froide et une relativement chaude, sans possibilité de se tenir à une température intermédiaire. page 234 - 2007-08

La chaleur, une énergie plus ou moins dégradée

La chaleur haute température a une valeur plus importante que la chaleur basse température. page 235 - 2007-08

Rendement énergétique, rendement maximum théorique, et rendement relatif, dans le cas d'une pompe à chaleur

Le rendement énergétique et le rendement maximum théorique sont très supérieurs à 100% le rendement relatif est toujours inférieur à 100%. page 236 - 2007-08

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La "pompe à chaleur idéale" pour expliquer les chauffages à faible production d'entropie:

Les chauffages à faible production d'entropie Utilisation du modèle de la "pompe à chaleur idéale" pour illustrer les nouvelles exigences en matière d'économies d'énergie. Le chauffage le plus économique doit réduire le plus possible non seulement les déperditions d'énergie, mais aussi les dégradations d'énergie.

Une production d'entropie est une dégradation d'énergie qui se produit notamment chaque fois que de l'énergie non calorifique est transformée en chaleur ou chaque fois que de la chaleur est échangée entre deux corps à des températures différentes.

Elle est équivalente à une perte de ressources énergétiques, comme on va l'illustrer ici en comparant des bilans de chauffages d'immeubles avec les trois cas suivants: a) un chauffage par radiateur électrique: forte production d'entropie, b) un chauffage avec une pompe à chaleur réelle: faible production d'entropie, c) un chauffage avec une pompe à chaleur idéale: sans production d'entropie.

1°) La pompe à chaleur "idéale", une référence irréalisable, mais parfaitement connue, et qui correspond à un chauffage sans production d'entropie.

Un chauffage d'immeuble sans aucune production d'entropie est impossible à réaliser, mais il est très facile à imaginer.

C'est ce qui serait obtenu avec la meilleure pompe à chaleur imaginable, autrement dit avec une pompe à chaleur "idéale".

Son moteur électrique ne présenterait ni frottements, ni effet Joule. Et surtout, la partie de la pompe à chaleur servant à chauffer l'appartement aurait une température très peu supérieure et pratiquement égale à celle de l'appartement, en même temps que la partie de la pompe à chaleur qui sert à tirer la chaleur du milieu extérieur aurait une température très peu inférieure et pratiquement égale à celle de ce milieu.

Autrement dit, les deux échanges de chaleur réalisés par la pompe se feraient chaque fois avec un écart de température infinitésimal.

Les physiciens et les spécialistes du chauffage savent très bien calculer le rendement que pourrait avoir une telle installation. On peut l'appeler "rendement maximal théorique". Il ne dépend que des deux températures qui interviennent: celle de l'air du temps et celle de l'appartement que l'on chauffe.

Pour maintenir un appartement à 20°C, avec une température extérieure de 15°C, le rendement serait de soixante, autrement dit de 6000%.

Avec une température extérieure de 10°C, ce rendement serait de 30, autrement dit de 3000%.

Le rendement d'une pompe à chaleur idéale est donc couramment 10 à 30 fois supérieur à celui des pompes à chaleur réelles, qui est lui-même trois ou quatre fois supérieur au rendement de 100% d'un radiateur électrique.

2°) Les chauffages sans production d'entropie: la nouvelle référence pour mesurer les performances d'un système de chauffage.

En comparant les trois dispositifs: radiateur électrique, pompe à chaleur réelle, et pompe à chaleur idéale, on arrive donc ainsi aux conclusions suivantes:

a) Un rendement de 100%, qui traduit un chauffage sans déperdition d'énergie, ne constitue plus l'idéal à atteindre en matière de chauffage, puisqu'on atteint couramment un rendement trois ou quatre fois meilleur avec une pompe à chaleur.

b) La pompe à chaleur idéale est en fait le modèle pédagogique le plus simple, pour montrer que le nouveau modèle de référence, pour mesurer les performances pratiques d'un système de chauffage, c'est un chauffage sans production d'entropie.

Toute production d'entropie est en fait équivalente à une perte de ressources énergétiques.

Le meilleur rendement imaginable pour une installation de chauffage correspond à un chauffage sans production d'entropie, et sa valeur est très supérieure à 100% avec toutes les ressources énergétiques habituelles.

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c) Dans un dispositif réel de chauffage, les consommations de ressources dues aux productions d'entropie peuvent être très supérieures à celles dues aux déperditions d'énergie.

Par exemple, dans le cas d'un chauffage par radiateur électrique, l'énergie a déjà perdu, à cause de la production d'entropie, plus de 95% de sa valeur au moment où elle est sous forme de chaleur dans l'air de l'appartement, et elle perd seulement les quelques pour-cents restants lorsqu'elle traverse les murs de la maison pour aller réchauffer l'air du temps.

Voir aussi le document: "Tous les chauffages traditionnels sont incompatibles avec une bonne gestion de nos ressources énergétiques".

d) Pour minimiser la production d'entropie, il faut réduire au minimum le nombre des transformations d'énergie et le nombre des échanges de chaleur. Le meilleur dispositif dans ce sens, ce n'est pas la pompe à chaleur, mais le chauffage par cogénération. Dans ce cas, la chaleur utilisée, c'est tout simplement la chaleur rejetée par une centrale nucléaire ou par un groupe électrogène quelconque.

3°) Intérêt:

Pour une installation de chauffage, un rendement de 100% représentait jusqu'à présent le meilleur que l'on puisse espérer réaliser.

Alors que, de toute évidence, on peut faire beaucoup mieux, une faute de langage a contribué à nous faire nous contenter de cette très médiocre performance.

Quand un rendement dépasse 100%, on décide de ne plus l'appeler "rendement", et on l'appelle "COP", c'est à dire "coefficient de performance". C'est le mot utilisé à propos des pompes à chaleur. De cette manière, beaucoup de gens croient encore qu'un rendement ne peut pas dépasser 100%.

En conséquence, les recherches technologiques ne sont pas aiguillonnées par les très médiocres performances de nos appareils de chauffage, au regard de ce qu'on est en droit d'espérer.

Autrement dit, on néglige de développer la cogénération, qui permettrait de disposer d'autant de chaleur et d'autant d'électricité, en consommant deux fois moins de ressources énergétiques.

L'intérêt écologique et l'enjeu économique représentés par la nouvelle exigence des chauffages à faible production d'entropie sont alors évidents, dans un contexte ou les exigences écologiques se conjuguent avec la limitation des ressources pour inciter à réduire la consommation de ces ressources.

http://alrg.free.fr/ortograf/entropiegaspi

Les silences de la presse scientifique et des médias en général sur cette question ne manquent pas d'étonner.

Voir

1°) les sites "Ecologie-par-cogénération", et "Entropie = gaspillage" , accessibles via: http://ortograf.fr

2°) la rubrique: "Physique: entropie", sur le site alfograf.net

tél:+(33)(0)3 81 67 43 64

courriel : louis.rougnon-glasson@laposte.net

page 216 - 2007-08

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Pompes à chaleur:

Pour en finir avec le COP

Histoire d'une confusion

Les rendements des pompes à chaleur étant supérieurs à 100%, au moment de leur découverte on les a appelés COP, et non "rendements", tout simplement parce qu'on croyait qu'un rendement énergétique ne peut pas dépasser 100%.

Actuellement, on continue de croire qu'un rendement énergétique ne peut pas dépasser 100%, et, pour cette raison, on considère comme excellents des systèmes de chauffage qui sont en réalité extrêmement médiocres.

Le rendement énergétique d'un appareil est défini par le rapport

r = énergie fournie par cet appareil / énergie consommée.

Dans ces conditions, le COP d'une pompe à chaleur est bel et bien un rendement. En effet:

COP = chaleur fournie / énergie électrique consommée

Si on n'a pas donné au rendement d'une pompe à chaleur le nom qu'il méritait, et qui n'a rien de déshonorant, c'est à cause d'une confusion héritée de l'histoire de la thermodynamique.

1°) Les premiers rendements énergétiques

Avec les premiers mécanismes où l'on transformait les propriétés de l'énergie, avant même les machines à vapeur, le mot rendement représentait à la fois un bilan énergétique et un bilan de performance pour des appareillages tels que treuil, engrenages, utilisation d'un plan incliné.

Par exemple, en actualisant les unités, si un monte-charge permettait de faire monter de 100 mètres une charge de 800 kilos, à condition de faire descendre d'une hauteur égale une masse d'eau de 1000 kilos, son rendement était de 80%.

Il devait être évident que ce genre de rendement était forcément inférieur à 100%, mais pouvait s'approcher de cette valeur.

2°) Les rendements des moteurs thermiques

Là-dessus, on découvre "l'équivalence (sic) du travail et de la chaleur", et le fameux rendement de Carnot.

Cette fois, le rendement maximal théorique d'un moteur ditherme était strictement inférieur à 100%. Naturellement, le rendement réel était encore plus faible. Ainsi s'est trouvée confortée, dans la tête des physiciens, l'idée qu'un rendement était forcément inférieur à 100%.

Et ils en ont fait un dogme.

3°) Etape suivante: on découvre un dispositif magique appelé pompe à chaleur.

Dans un premier temps on l'a utilisée pour produire du froid, et la grosse question de vocabulaire tournait autour du mot "frigorie". Difficile de remettre en question la notion de rendement dans ces conditions.

Depuis quelques dizaines d'années, on utilise la pompe à chaleur pour chauffer les maisons. Là, pas de doute, le rapport:

énergie fournie / énergie consommée,

qui est par définition un rendement énergétique, est supérieur à 100%...

... mais, en raison du dogme bien ancré dans la tête des gens, selon lequel un rendement ne peut pas dépasser 100%, on décrète que ce rendement supérieur à 100% ne peut pas être un rendement, et on décide de l'appeler COP: coefficient de performance.

Par chance pour l'esprit cocorico, la France n'étant pas en pointe dans ce domaine, la gaffe de vocabulaire a été faite en anglais. Il est vrai que les physiciens français ont eu l'intelligence de reprendre le sigle anglais. Jacques Toubon, brandissant l'étendard de Jeanne d'Arc de la francophonie, n'y a vu que du bleu. Grâce à quoi nous avons fait nôtre le sigle universel: COP.

Il n'empêche que nous appelons COP ce qui devrait s'appeler rendement. Par les temps moroses actuels, ça devrait faire plaisir de savoir qu'un rendement peut très largement dépasser 100%.

Pour se limiter à l'exemple le plus simple, le rendement réel d'une pompe à chaleur est habituellement situé entre 300% et 400%, mais le rendement maximum théorique est encore couramment une dizaine de fois plus élevé.

Pour les chauffages avec les combustibles habituels, le rendement maximum théorique est moins bon que le rendement maximum théorique des pompes à chaleur, mais il reste très supérieur à 100%, et cette référence lance un magnifique défi à nos ingénieurs. Sous leur forme actuelle, tous nos chauffages traditionnels sont incompatibles avec une bonne gestion de l'énergie.

Mais, en attendant, on préfère se cantonner dans l'illusion qu'on a atteint la perfection quand un rendement de chauffage approche 100%.

Sur cette même question, voir également:

1°) les sites "Ecologie-par-cogénération", et "Entropie = gaspillage" , accessibles via: http://ortograf.fr

2°) la rubrique: "Physique: entropie", sur le site alfograf.net

tél:+(33)(0)3 81 67 43 64

courriel : louis.rougnon-glasson@laposte.net

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En marge du conflit

entre écolos et pronucléaires
Le filon négligé de la cogénération

Le débat entre les écologistes et les pronucléaires laisse de côté un énorme gaspillage. Un aperçu de ce gaspillage et de son remède est présenté ici en toute indépendance.

Ce gaspillage correspond à la dégradation d'énergie qui se produit lorsque la chaleur basse température de nos immeubles est obtenue soit à partir d'énergie électrique, soit à partir de la chaleur haute température de la flamme d'une chaudière. Cette dégradation d'énergie peut être calculée, en physique, on l'appelle production d'entropie.

Le remède contre ce gaspillage, c'est les chauffages à faible production d'entropie, dont une première idée est donnée par les pompes à chaleur, avec leurs rendements situés vers 300-400%.

Mais le meilleur moyen, et de loin, pour obtenir des chauffages à faible production d'entropie, c'est de faire de la cogénération. Dans ce cas, le chauffage des immeubles ne consomme aucune ressource énergétique puisqu'il utilise les rejets thermiques des centrales ou des groupes électrogènes.

La moyenne cogénération est bien développée en Allemagne et dans les pays nordiques, où les centrales thermiques sont implantées dans les villes.

Evoquer l'éventualité de la grande cogénération est particulièrement parlant, étant donné l'abondance des rejets thermiques des centrales nucléaires. Si on modifie leur conception pour que leur eau de refroidissement soit fournie à 80°C, pour le manque à produire d'un seul kilowattheure électrique, on pourra vendre 20 kilowattheures sous forme de chaleur.

De son côté, la petite cogénération devrait intéresser les écologistes, mais leurs préoccupations sont ailleurs.

On a vu que tous nos chauffages habituels transforment directement la chaleur haute température produite par la combustion, en chaleur basse température dans l'eau du chauffage central et dans nos lieux de séjour, pour cette raison, ils sont incompatibles avec une gestion rigoureuse de l'énergie.

Pour remédier à la situation, que ce soit avec du fioul, du gaz, du bois, du charbon, le combustible doit être utilisé d'abord pour produire du courant, et on récupérera pour les besoins du chauffage uniquement la chaleur rejetée par l'installation.

Si l'àon opère comme ça, pour chaque kilowattheure électrique qu'un particulier produit à la place d'une centrale, il empêchera cette centrale d'envoyer deux kilowattheures de chaleur dans la nature.

D'autre part, si une centrale nucléaire est modifiée pour fonctionner en cogénération, pour chaque kilowattheure électrique produit, elle fournira, en plus par rapport à la situation actuelle, deux kilowattheures de chaleur, qui permettront d'économiser autant de ressources de combustible.

Le développement systématique des chauffages à faible production d'entropie devrait ainsi permettre de diviser au moins par cinq les consommations de ressources pour le chauffage.

La chaleur basse température de nos lieux de séjour est une énergie de très faible valeur et qui peut donc être pratiquement gratuite quant aux ressources consommées.

Sur cette même question, voir également:

1°) les sites "Ecologie-par-cogénération", et "Entropie = gaspillage" , accessibles via: http://ortograf.fr

2°) la rubrique: "Physique: entropie", sur le site alfograf.net

tél:+(33)(0)3 81 67 43 64

courriel : louis.rougnon-glasson@laposte.net

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L'entropie en bref

Pour en finir avec les gaspillages de l'entropie
par Ortograf-fr

Dans un milieu ambiant à la température absolue Ta, produire une entropie S (en joules par kelvin) revient à CHAUFFER L'AIR DU TEMPS en lui fournissant l'énergie électrique:
W = S . Ta

Pour une quantité de chaleur Q fournie ou reçue par un corps à la température absolue T, par définition, l'entropie de cette chaleur est:
S = Q / T

(S en joules par Kelvin).

D'une manière générale et abstraite, l'entropie mesure la dégradation de la chaleur. On sait en effet que la chaleur constitue une forme dégradée de l'énergie, parce qu'il est impossible de la transformer intégralement en énergie mécanique ou électrique.

La dégradation augmente quand la chaleur passe d'un corps chaud sur un autre corps dont la température est moins élevée, et la formule de définition nous donne bien une valeur de S qui augmente quand T diminue.

Pour donner un sens plus précis, à la fois, à la dégradation de l'énergie, et à l'entropie, on doit faire intervenir
1°) le milieu ambiant, dont on suppose la température uniforme, de valeur Ta
2°) une machine thermique réversible, que l'on fait fonctionner entre le milieu ambiant, et le corps à température T pour en extraire la chaleur Q.

Cette machine thermique réversible est un moteur idéal ou une pompe à chaleur idéale, c'est à dire fonctionnant sans dégradation d'énergie, autrement dit sans production supplémentaire d'entropie.

On se limite ici au cas où T est supérieure à la température ambiante Ta, mais la conclusion aura une portée générale.

Avec T supérieure à Ta, la machine thermique réversible va fonctionner en moteur.

A partir de cette chaleur Q, elle va permettre de récupérer l'énergie mécanique:
Q . ( 1 - ( Ta / T) ).

Le reste de cette énergie Q, soit:
Q - Q . ( 1 - ( Ta / T) )
= Q . ( Ta / T)
= S . Ta,
ne pourra pas être récupéré sous forme d'énergie mécanique, il sera fourni sous forme de chaleur à l'air du temps.

En récapitulant:

Une quantité de chaleur Q à la température T est dégradée par une entropie de valeur:
S = Q / T,
sa convertibilité en énergie mécanique est amputée proportionnellement à cette entropie, d'une valeur:
S . Ta,
avec Ta = température absolue du milieu ambiant.

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Exemple: une eau de chauffage central à 60°C fournit 100 joules à un appartement à 20°C, alors que la température extérieure est de 15°C.

Entropie cédée par l'eau de chauffage central en même temps que sa chaleur:
100 / (273 + 60)

Défaut correspondant d'énergie mécanique potentiellement récupérable:
100 x (273 + 15) / (273 + 60) = 86,4 joules

Entropie reçue par l'appartement:
100 / (273 + 20)

Défaut correspondant d'énergie mécanique potentiellement récupérable:
100 x (273 + 15) / (273 + 20) = 98,2 joules

Production d'entropie due à cet échange de chaleur:
(100 / (273 + 20)) - (100 / (273 + 60))
= 0,041 joule/kelvin

Perte d'énergie mécanique potentiellement récupérable liée à la production d'entropie:
98,2 - 86,4 = 11,8 joules
ou encore:
0,041 x (273 + 15) = 11,8 joules.

Pour 100 joules fournis à l'appartement, la meilleure pompe à chaleur imaginable consommera donc 11,8 joules d'énergie électrique en plus par le fait qu'elle apporte de l'eau à un chauffage central à 60°C, comparativement au cas où elle serait capable de fournir directement cette chaleur à l'appartement maintenu à 20 °C.

Entropie cédée par la maison quand la chaleur traverse ses murs:

100 / (273 + 20)

Défaut correspondant d'énergie mécanique potentiellement récupérable:
100 x (273 + 15) / (273 + 20) = 98,2 joules

Quand cette chaleur est finalement contenue dans l'air du temps, elle est totalement dégradée, elle ne présente plus d'énergie mécanique potentiellement récupérable. La perte d'EMPR lorsque les 100 joules traversent les murs de la maison est donc:

100 - 98,2 = 1,8 joule.

On perd donc 1,8 joule d'EMPR quand la chaleur traverse les murs de la maison, contre 11,8 joules quand la chaleur passe des radiateurs à l'air de l'appartement. Et encore, on est parti ici d'une chaleur déjà passablement dégradée puisqu'elle était dans de l'eau à 60°C. Le chauffage par pompe à chaleur est déjà un chauffage à faible production d'entropie.

D'une manière générale, à cause de la production d'entropie occasionnée par les échanges de chaleur, tous nos chauffages traditionnels sont incompatibles avec une gestion rigoureuse de l'énergie.

La chaleur basse température de nos lieux de séjour est une énergie de très faible valeur et qui peut donc être pratiquement gratuite quant aux ressources consommées.

Sur cette même question, voir également:

1°) les sites "Ecologie-par-cogénération", et "Entropie = gaspillage" , accessibles via: http://ortograf.fr

2°) la rubrique: "Physique: entropie", sur le site alfograf.net

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Effet de serre: basculement à cause de la vapeur d'eau?

Considérant à juste titre qu'elle est un constituant normal de l'atmosphère, on ne prend pas en compte l'impact de la vapeur d'eau sur le réchauffement climatique.

Mais la question mérite d'être posée parce que son effet de serre est important.

Et justement, à cause d'elle, on pourrait bien avoir seulement deux températures moyennes d'équilibre stables, une relativement froide et une relativement chaude, sans possibilité de se tenir à une température intermédiaire.

Température moyenne basse, donc peu de vapeur d'eau dans l'air, donc faible effet de serre, donc température moyenne basse.

Température moyenne relativement élevée, donc beaucoup de vapeur d'eau dans l'air, donc fort effet de serre, donc température moyenne élevée.

Il semble bien, au niveau de ce que l'on peut constater, qu'on assiste à une situation de basculement, d'un état d'équilibre à un autre, avec un réchauffement qui s'accélère.

Sur les consommations invisibles de ressources associées aux dégradations d'énergie, voir:

1°) les sites "Ecologie-par-cogénération", et "Entropie = gaspillage" , accessibles via: http://ortograf.fr

2°) la rubrique: "Physique: entropie", sur le site alfograf.net

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La chaleur, une énergie

plus ou moins dégradée

La chaleur peut passer spontanément d'un corps chaud sur un corps plus froid mais elle ne passe pas spontanément en sens inverse.

En faisant passer de la chaleur d'un corps chaud, tel qu'un foyer de chaudière, sur un corps plus froid, tel que le milieu ambiant, on peut produire de l'énergie mécanique grâce à un moteur.

Dans le sens inverse, si l'on veut faire passer de la chaleur d'un corps froid sur un corps plus chaud, il faut au contraire apporter de l'énergie mécanique ou électrique et utiliser une pompe à chaleur

On peut donc faire davantage de choses avec de la chaleur "haute température", c'est à dire portée par un corps à température élevée, qu'avec de la chaleur "basse température". La chaleur haute température a une valeur plus importante que la chaleur basse température.

D'une manière générale, on a une dégradation de l'énergie, appelée aussi production d'entropie,
- chaque fois que de l'énergie mécanique ou électrique est transformée en chaleur,
- chaque fois que de la chaleur passe d'un corps sur un autre à température moins élevée.

Si l'on attribue une échelle de valeur à la chaleur en fonction de la température du corps qui la fournit ou qui la reçoit, on peut dire:

- la chaleur haute température est faiblement dégradée parce qu'elle est convertible en énergie mécanique avec un bon rendement. Par exemple, certains moteurs diesel de bateaux ont des rendements dépassant 60%.

- la chaleur basse température est fortement dégradée, elle a une très faible valeur. Elle est convertible en énergie électrique avec un très faible rendement. Avec les pompes à chaleur, on peut l'obtenir en contrepartie d'une faible quantité d'énergie électrique.

- la chaleur a une valeur nulle quand elle est portée par un corps à la même température que l'air du temps. On peut chauffer sa maison à la même température que l'air du temps simplement en ouvrant les fenêtres.

- la chaleur a une valeur négative quand elle est portée par un corps à une température inférieure à celle de l'air du temps. Par exemple, la chaleur qui entre dans un réfrigérateur ou dans un congélateur nécessite un apport d'énergie électrique pour en être enlevée.

Sur cette même question, voir également:

1°) les sites "Ecologie-par-cogénération", et "Entropie = gaspillage" , accessibles via: http://ortograf.fr

2°) la rubrique: "Physique: entropie", sur le site alfograf.net

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Pompe à chaleur: rendements  1°) énergétique 2°) max. théorique  3°) relatif

1°) Le rendement énergétique d'une pompe à chaleur est habituellement situé entre 300% et 400%.

A partir d'un joule d'énergie électrique qu'on lui fournit, la pompe à chaleur extrait environ trois joules dans l'air du temps, ce qui lui permet de fournir 4 joules à un appartement.

Dans ce cas, son rendement énergétique est de 400%.

2°) Le rendement maximum théorique de la pompe à chaleur est encore beaucoup plus élevé.

Ce rendement maximum théorique est très facile à calculer à partir de la température de l'air ambiant et de celle de l'appartement. Pour un appartement chauffé à 20°C alors que la température extérieure vaut 10°C, il est voisin de 3000%, autrement dit 30 pour un. Et il est encore multiplié par deux si la température ambiante passe à 15°C.

3°) Le rendement relatif de la pompe à chaleur est fort médiocre.

Pour avoir une mesure de l'optimisation du fonctionnement d'une installation, comparer son rendement avec un rendement de 100% censé représenter la perfection, n'a aucun sens puisqu'on obtient couramment un rendement quatre fois meilleur.

Une bonne mesure de l'optimisation du fonctionnement d'une installation peut s'obtenir en calculant son rendement relatif, c'est à dire en comparant le rendement énergétique réel avec le rendement maximum théorique.

Rendement relatif = rendement réel / rendement maximal théorique

Naturellement, un rendement relatif est toujours inférieur à 100% parce que le fonctionnement d'un appareil réel est toujours moins bon que celui d'un appareil idéal.

Pour une température extérieure de 10°C, le rendement relatif de la pompe à chaleur vaut environ:
400 / 3000 = 13,3%
et avec une température extérieure de 15°C:
400 / 6000 = 6,7%.

La médiocrité de ces performances s'explique en faisant intervenir les différentes dégradations d'énergie (ou productions d'entropie) occasionnées par le fonctionnement de l'appareil: 1°) les frottements mécaniques et l'effet Joule dans la pompe à chaleur 2°) les deux échanges de chaleur, lorsque la pompe extrait de la chaleur du milieu ambiant et lorsqu'elle fournit de la chaleur à l'immeuble. Au niveau des moteurs, on le sait depuis longtemps. Il faut maintenant appliquer ce principe au niveau du chauffage.

Sur cette même question, voir également:

1°) les sites "Ecologie-par-cogénération", et "Entropie = gaspillage" , accessibles via: http://ortograf.fr

2°) la rubrique: "Physique: entropie", sur le site alfograf.net

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