Énergie

This book explores a key technology regarding the importance of connections via an Internet of Things network and how this helps us to easily communicate with others and gather information. Namely, what would happen if this suddenly became unavailable due to a shortage of power or electricity? Using thermoelectric generators is a viable solution as they use the heat around us to generate the much-needed electricity for our technological needs.

This first volume explores the computational and data-driven development of these thermoelectric generators, as well as the use of various abundant materials such as copper and silver chalcogenides and nanocarbons. It also offers reviews on universal property enhancement principles and the case of strongly correlated oxides, and goes on to explore the metrology of the thermal properties of thermoelectric generators, detailing methods of how to measure the absolute Seebeck coefficient using the Thomson effect and the thermal diffusivity of thin films using the ultrafast laser flash method.

Part 1. Introduction to Materials Development.
1. Strategies for Development of High Performance Thermoelectric Materials, Takao Mori, Atsuko Kosuga, and Hiroyuki Akinaga.
2. Computational and Data-Driven Development of Thermoelectric Materials, Prashun Gorai and Michael Toriyama.

Part 2. Thermoelectric Materials.
3. Thermoelectric Copper and Silver Chalcogenides, Holger Kleinke.
4. Sulfide Thermoelectrics: Materials and Modules, Michihiro Ohta, Priyanka Jood, and Kazuki Imasato.
5. A Concise Review of Strongly Correlated Oxides, Ichiro Terasaki.
6. Nanocarbon Materials as Thermoelectric Generators, Tsuyohiko Fujigaya and Yoshiyuki Nonoguchi.

Part 3. Metrology of Thermal Properties.
7. Precise Measurement of the Absolute Seebeck Coefficient from the Thomson Effect, Yasutaka Amagai.
8. Thermal Diffusivity Measurement of Thin Films by Ultrafast Laser Flash Method, Tetsuya Baba, Takahiro Baba, and Takao Mori.

Les batteries Na-ion font l’objet de nombreuses recherches récentes, certaines d’entre elles sont actuellement en phase de commercialisation.

Cet ouvrage présente à la fois les aspects fondamentaux et appliqués de ces batteries. Il décrit la recherche récente réalisée sur de nouveaux matériaux d’électrode, notamment sur les deux principales familles de matériaux d’électrode positive, les oxydes lamellaires de type Na_xMO₂ et les composés de type polyanionique, ainsi que sur des matériaux d’électrode négative comme les carbones durs et les matériaux non carbonés.

Il traite également des recherches récentes offrant une alternative possible aux électrolytes classiques et étudie les connaissances acquises sur la formation et la nature de la couche de passivation formée à l’interface avec l’électrolyte (SEI) et sur sa stabilisation lors du cyclage des batteries Na-ion. Enfin, il présente les développements réalisés par deux industriels, Faradion (Grande- Bretagne) et Natron Energy (États-Unis), qui ont misé sur des batteries Na-ion présentant des chimies différentes.

1. NaMO₂ lamellaires à l’électrode positive
2. Des composés de type polyanioniques à l’électrode positive de batteries Na-ion
3. Le carbone dur pour les batteries Na-ion : de la synthèse aux performances et mécanismes de stockage
4. Électrodes négatives non carbonées pour batteries au sodium
5. Électrolytes pour batteries au sodium
6. L’interphase solide à l’interface électrode-électrolyte dans les batteries au Na ?
7. Batteries contenant des matériaux d’électrodes analogues au bleu de Prusse
8. Conception, performance et commercialisation de la technologie des batteries non aqueuses Na-ion de Faradion

Stockage de la chaleur et du froid 2 s’intéresse aux procédés de stockage thermochimique à sorption, c’est-à-dire les procédés à absorption, à adsorption et à sorption chimique.

Cet ouvrage analyse les principes de la sorption et définit les critères de sélection des matériaux à mettre en oeuvre avant de présenter les trois technologies de stockage à sorption. Le fonctionnement du cycle à absorption est détaillé afin de pointer les enjeux futurs de cette méthode. Ensuite, le stockage par adsorption physique est examiné. Les fondements de ce phénomène et une description des cycles et systèmes à adsorption solide-gaz sont exposés, avant de présenter de nombreux exemples d’installations prototypes. Enfin, le phénomène de stockage de chaleur par sorption chimique est décrit à l’échelle du matériau réactif jusqu’à l’échelle du procédé, avant de mettre en perspective l’état de l’art des améliorations possibles et d’illustrer différentes applications.

1. Matériaux pour le stockage thermochimique et par sorption
2. Stockage de chaleur par procédés à absorption
3. Stockage de chaleur par procédés à adsorption
4. Stockage de chaleur par procédés à sorption chimique

Stockage de la chaleur et du froid 1 est consacré aux procédés de stockage par chaleur sensible et latente.

Après plusieurs rappels théoriques, cet ouvrage présente les principales situations de stockage sensible à basse température et à température élevée pour la production d’électricité. Le stockage latent sur des matériaux à changement de phase est ensuite analysé sous ses aspects fondamentaux, en présentant les mécanismes de préparation des MCP et les intégrations dans les procédés de stockage de chaleur et de froid. Les matériaux les plus prometteurs sont présentés, ainsi que les voies d’amélioration des matériaux étudiés. Des notions de rentabilité technico-économique sont également définies.

Enfin, cet ouvrage s’intéresse au stockage de chaleur associé aux centrales solaires thermodynamiques et aux principes physiques de stockage très variés qui y sont associés.

1. Stockage de chaleur sensible : généralités
2. Stockage de chaleur sensible basse température
3. Stockage de chaleur haute température pour l’électricité
4. Stockage latent : bases fondamentales et matériaux usuels
5. Ingénierie des matériaux à changement de phase pour améliorer leur performance
6. Systèmes de stockage par chaleur latente : concepts et applications
7. Utilisation des hydrates pour le stockage et la distribution du froid
8. Centrales solaires thermodynamiques et stockage

Prix de l’Enseignement et de la Formation Sfen 2023
« Cet ouvrage très ambitieux vient combler un manque important dans les ouvrages universitaires »
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Cet ouvrage expose les éléments économiques factuels, précis, complets et accessibles de l’énergie nucléaire afin de contribuer à un débat éclairé et dépassionné.

Il analyse les aspects économiques de la gestion des combustibles usés et notamment les coûts et les modes de financement de l’entreposage de longue durée et du stockage géologique profond. Les coûts économiques d’un accident nucléaire sont aussi traités selon les angles théorique et appliqué à partir de l’accident de Fukushima.

Économie de l’énergie nucléaire 2 s’intéresse également aux aspects industriels et politiques du mix énergétique du futur. L’énergie nucléaire est ainsi replacée dans le contexte plus global du marché européen de l’électricité. Enfin, ce livre offre un panorama des scénarios énergétiques à l’échelle de la France, mais également du monde.

La presse en parle

(…) Avec une volonté de pédagogie, « Économie de l’énergie nucléaire » aspire à constituer « une ressource scientifique inédite », où sont présentés les spécificités et méthodes de calculs associées à la filière nucléaire, avec de nombreuses nuances.
www.connaissancedesenergies.org

1. La gestion des combustibles usés
2. Le nucléaire dans le marché européen de l’électricité
3. Les enjeux industriels du nucléaire
4. Les coûts économiques d’un accident nucléaire
5. Scénarios prospectifs à l’horizon 2050

Avancées en thermodynamique et thermoéconomie circulaire traite de deux composantes essentielles de la physique de l’énergie : les fondements et les critères.

Dans la première partie, les auteurs couvrent la base historique des modèles de Carnot, les cycles thermostatiques des pompes à chaleur à double fonction et l’optimisation des moteurs thermomécaniques. Ils discutent des résultats de diverses recherches, rassemblant notamment un certain nombre de travaux antérieurs.

Dans la seconde partie, le concept de « thermoéconomie circulaire » est introduit et les coûts physiques du recyclage des déchets sont évalués à travers des processus industriels de plus en plus complexes. L’énergie libre relative est présentée, ce qui permet de créer une nouvelle théorie mathématique des coûts thermodynamiques afin de diagnostiquer les dysfonctionnements des systèmes thermiques.

L’ouvrage étudie l’évolution des connaissances sur l’existence des énergies successives, de la puissance et de l’efficacité, et les associe aux aspects économiques qui sont déjà liés aux préoccupations environnementales croissantes.

1. De la thermodynamique de l’équilibre à la thermodynamique irréversible
2. Cycles thermodynamiques dithermes : représentation en diagramme ternaire
3. Thermodynamique à vitesse finie
4. De la thermodynamique à la TODF, thermodynamique en dimensions physiques finies
5. Thermoéconomie circulaire : une théorie de comptabilisation du coût des déchets
6. La fonction d’énergie libre relative : une nouvelle approche du diagnostic thermoéconomique

Dans le contexte du réchauffement climatique et de la transition énergétique, deux problématiques scientifiques et technologiques majeures s’imposent : le rafraîchissement des ambiances sans impact environnemental conséquent et la production efficace de chaleur sans combustion.

Les machines thermiques à cycle inverse (systèmes frigorifiques, pompes à chaleur et thermofrigopompes), fonctionnant à l’inverse du cycle moteur de conversion thermomécanique, ont un rôle primordial à jouer pour répondre à ces défis qui sont au coeur des enjeux énergétiques auxquels l’humanité va devoir se confronter dans les prochaines décennies.

Cet ouvrage propose un état de l’art scientifique et technique des machines thermiques à cycle inverse, dont le principe de fonctionnement est parfois ancien, mais dont l’analyse des performances et l’optimisation ont pu être délaissées. Il présente également un ensemble de technologies émergentes qui trouveront certainement leur place dans le panorama énergétique à venir.

1. Production de froid et de chaleur par machines à cycle inverse : état de l’art
2. Analyses entropique et exergétique appliquées aux cycles inverses
3. Thermodynamique et optimisation des machines à cycle inverse
4. Verrous scientifiques et technologiques des machines à compression thermique
5. Le froid magnétocalorique : principe et applications
6. Les systèmes à effets thermoélectriques comme alternative aux machines à cycle inverse

L’optimisation énergétique des moteurs thermiques constitue un enjeu majeur pour la préservation des ressources énergétiques et la protection de l’environnement en limitant les émissions de polluants et de gaz à effet de serre.

Dans ce contexte, en utilisant l’approche thermodynamique, Thermodynamique des moteurs thermiques étudie les phénomènes de conversion d’énergie des moteurs thermiques. Les analyses s’étendent de l’énergie primaire utilisée jusqu’à la valorisation de la chaleur fatale. Les bases nécessaires à la compréhension de l’analyse thermodynamique de la combustion et de la conversion de chaleur en travail mécanique sont présentées. Ces analyses s’appliquent aussi bien aux moteurs des systèmes de transport (véhicules routiers et ferroviaires, aéronautique et espace) que ceux des installations fixes (systèmes de cogénération, centrales à cycles combinés).

1. Conversion d’énergie : bases thermodynamiques
2. Moteurs à combustion interne
3. Propulsion aéronautique et spatiale
4. Combustion et conversion d’énergie
5. Moteurs à apport de chaleur externe
6. Valorisation d’énergie et de chaleur fatale

Prix spécial AEE 2021 d’économie de l’énergie de l’Association des Economistes de l’Energie
(…) un seul mot vient aux lèvres : BRAVO !
Christophe Bonnery, Président de l’Association des Economistes de l’Energie.
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L’augmentation constante de la consommation de ressources minérales ainsi que la prise de conscience croissante des nuisances occasionnées par leur exploitation provoquent une profonde inquiétude au sein de la communauté scientifique. Cette inquiétude est d’autant plus justifiée que la transition énergétique va aggraver la pression exercée sur ces ressources, les techniques de production des énergies renouvelables nécessitant une quantité accrue et plus diversifiée de matières minérales.

Cet ouvrage présente un panorama du contexte de l’exploitation de ces ressources minérales, où les contraintes naturelles, réglementaires et environnementales interfèrent avec les intérêts économiques, financiers et géopolitiques. En mobilisant les champs des sciences humaines, des géosciences et de l’ingénierie, il analyse également les défis que la transition énergétique nécessite de relever, des défis liés aux effets contradictoires que va entraîner l’accélération de l’extraction de ces ressources sur leur disponibilité physique, sur les économies qui les exploitent et sur les populations qui en vivent.

1. L’évaluation de la demande de l’Europe en ressources minérales par les MFA : le cas du cobalt
2. La financiarisation du marché des minerais et des métaux : origine, enjeux et perspectives
3. Géopolitique des métaux : entre stratégies de puissance et d’influence
4. La dotation en richesses minières, une construction
5. Modélisation de l’évolution à long terme de l’énergie de production primaire et du prix des métaux
6. L’empreinte environnementale des ressources minérales
7. Pourquoi faut-il craindre les économies d’énergie et de matières ? Déconstruction d’un mythe de la soutenabilité
8. La « malédiction des ressources » dans les pays miniers en développement
9. Exploitations industrielles et artisanales des ressources naturelles : quels impacts sur le développement ?

Prix spécial AEE 2021 d’économie de l’énergie de l’Association des Economistes de l’Energie
(…) un seul mot vient aux lèvres : BRAVO !
Christophe Bonnery, Président de l’Association des Economistes de l’Energie.
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Les défis associés à l’impact environnemental des énergies renouvelables sont redoutables et multiples, tant l’exploitation de formes d’énergie diffuses va nécessiter de remodeler nos modes de vie et nos infrastructures. Réduire leur impact environnemental est un impératif qui nécessite de mobiliser l’ensemble des leviers d’action disponibles.

Au-delà de l’analyse de ces défis, cet ouvrage présente un panorama des leviers d’action qui devraient permettre de les relever, en croisant les champs des sciences humaines, des géosciences et de l’ingénierie. Les leviers d’action examinés sont multiples : à la fois techniques (par substitution ou appel à des low tech) et économiques et sociaux (par développement du recyclage ou découplage). L’ouvrage traite également de la question de leur efficacité et de leur impact global.

1. Vers une nouvelle géopolitique des matériaux de la transition énergétique ?
2. Enjeux juridiques de la gestion durable des ressources minérales territoriales et extraterritoriales
3. Exploitation minière, peuplement et sociétés
4. Maintien et développement de l’exploitation des ressources minérales en Europe : le cas de la Wallonie
5. La substitution : promesses, principes et principales contraintes
6. Consommation de ressources et découplage
7. L’économie du recyclage : ambitions, mythes et contraintes
8. Les low-tech : une voie vers la nécessaire sobriété métallique ?

Les énergies renouvelables font partie intégrante de la stratégie énergétique de la plupart des pays. Ce contexte engage à considérer avec attention toutes les solutions qui peuvent contribuer à l’émergence d’un monde décarboné. Parmi ces solutions, le solaire occupe une position de choix avec ses modes de conversion photovoltaïque et thermique, dont le solaire à concentration.

La technologie du solaire à concentration offre une solution originale en complément de l’éolien et du photovoltaïque. Elle présente des solutions de stockage thermique massif à faible coût, des options de conversion hybrides et se décline dans des domaines d’applications connexes à l’électricité comme la chaleur industrielle ou les combustibles de synthèse.

Didactique et complet, Le solaire à concentration expose les notions fondamentales, les applications concrètes et les développements futurs de cette ressource prometteuse.

1. Centrales solaires : état de l’art
2. Mesure, estimation et prévision de la ressource solaire
3. Systèmes optiques de concentration
4. Récepteurs solaires
5. Fluides caloporteurs pour centrales solaires
6. Simulations numériques des écoulements et transferts thermiques des récepteurs solaires
7. Matériaux pour le solaire à concentration
8. Stockage thermique
9. Systèmes hybrides PV-CSP
10. Combustibles de synthèse à partir de ressources hydrocarbonées
11. Production de carburants solaires par dissociation thermochimique de l’eau et du CO2

Prix de l’Enseignement et de la Formation Sfen 2023
« Cet ouvrage très ambitieux vient combler un manque important dans les ouvrages universitaires »
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Cet ouvrage expose les éléments économiques factuels, précis, complets et accessibles de l’énergie nucléaire afin de contribuer à un débat éclairé et dépassionné.

Il présente, dans un premier temps, une analyse approfondie des politiques stratégiques relatives à l’énergie nucléaire en France et dans le monde. Puis, il traite de la formation des coûts de production de l’électricité nucléaire, que ce soit pour les réacteurs actuels ou du futur. Les aspects méthodologiques sont présentés de manière exhaustive et illustrés d’exemples et d’études de cas détaillés.

Enfin, Économie de l’énergie nucléaire 1 propose une étude économique pertinente de la composante combustible de l’énergie nucléaire. Dans ce cadre, les aspects relatifs au marché de l’uranium sont présentés avant de décrire précisément les composantes techniques et économiques qui se trouvent en amont du cycle nucléaire.

La presse en parle

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1. Évolution du nucléaire dans le monde et en France
2. Les coûts du nucléaire : aspects méthodologiques
3. Les coûts de production de l’électricité nucléaire
4. Les coûts du combustible nucléaire

Les matériaux sont, à toutes les étapes du cycle du combustible, au coeur des problématiques de sûreté de l’énergie nucléaire. Ces matériaux qui vont des aciers aux polymères en passant par les céramiques, les verres, les bétons et le graphite sont soumis à des sollicitations extrêmes couplant les contraintes mécaniques et thermiques avec les effets d’irradiation. L’objectif de cet ouvrage est de fournir les connaissances de base sur le comportement des matériaux du nucléaire soumis aux irradiations et de les contextualiser dans l’environnement industriel.

La majorité des chapitres sont le fruit d’une collaboration entre la recherche de base et la recherche appliquée. Le lecteur trouvera des informations sur les matériaux des réacteurs nucléaires (les matériaux de structure, les absorbants neutroniques, les modérateurs et le combustible nucléaire) et sur les matériaux dans la gestion des déchets (les verres, les bétons et des matériaux organiques). Ces chapitres traitant des matériaux sont complétés par des textes plus généraux sur les défauts et leur création, sur la radiolyse et sur les outils d’irradiation et de caractérisation.

1. Les défauts d’irradiation
2. Les alliages métalliques
3. Les céramiques au coeur des REP
4. Le graphite nucléaire
5. Les verres de stockage
6. Radiolyse des matériaux poreux et radiolyse aux interfaces
7. Les bétons et matériaux cimentaires sous irradiation
8. Les matériaux organiques
9. Les outils d’irradiation
10. Caractérisation des dommages d’irradiation

This book explores a key technology regarding the importance of connections via an Internet of Things network and how this helps us to easily communicate with others and gather information. Namely, what would happen if this suddenly became unavailable due to a shortage of power or electricity? Using thermoelectric generators is a viable solution as they use the heat around us to generate the much-needed electricity for our technological needs.

This first volume explores the computational and data-driven development of these thermoelectric generators, as well as the use of various abundant materials such as copper and silver chalcogenides and nanocarbons. It also offers reviews on universal property enhancement principles and the case of strongly correlated oxides, and goes on to explore the metrology of the thermal properties of thermoelectric generators, detailing methods of how to measure the absolute Seebeck coefficient using the Thomson effect and the thermal diffusivity of thin films using the ultrafast laser flash method.

Part 1. Introduction to Materials Development.
1. Strategies for Development of High Performance Thermoelectric Materials, Takao Mori, Atsuko Kosuga, and Hiroyuki Akinaga.
2. Computational and Data-Driven Development of Thermoelectric Materials, Prashun Gorai and Michael Toriyama.

Part 2. Thermoelectric Materials.
3. Thermoelectric Copper and Silver Chalcogenides, Holger Kleinke.
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Part 3. Metrology of Thermal Properties.
7. Precise Measurement of the Absolute Seebeck Coefficient from the Thomson Effect, Yasutaka Amagai.
8. Thermal Diffusivity Measurement of Thin Films by Ultrafast Laser Flash Method, Tetsuya Baba, Takahiro Baba, and Takao Mori.