I. Histoire

 

Le mot "exergie" provient du grec ex (extérieur) et ergon (force / travail). Le phénomène que l’on retrouve derrière ce concept a été mis en avant par Sadi Carnot en 1824 dans la relation entre la chaleur et le travail (1^er et 2^ème principe de la thermodynamique) [21]. À la suite de ce travail, un grand nombre d’articles sur l’exergie ont vu le jour (plus de 500 en 2004), ce qui a rendu difficile l’attribution d’un nom pour cette théorie. C’est pourquoi Sciubba Enrico a rédigé en 2007 un article décrivant l’histoire de l’exergy, de ces débuts jusqu’en 2004, en mettant en avant tous les auteurs ayant participés à son développement [22].

 

II. Définition

II.1. Notion à connaître

 

L’exergie peut se définir comme la fraction mécanisable d’une énergie, ce qui en fait une mesure de la qualité de l’énergie ou de son niveau de dégradation, relativement à un état de référence. Plus généralement, l’exergie d’un système hors équilibre pourra être définie comme le travail mécanique maximal qu’il est possible d’en extraire par le retour de ce système à l’équilibre.

 

 

II.2. Comparaison énergétique

 

La Figure 1 permet d’effectuer une comparaison entre les différentes formes d’énergie grâce à l’utilisation des indices exergétiques de ces énergies.

 

 

II.3 Expression de l’exergie

 

Nous avons deux manières de représenter l’exergie d’un système dans son environnement [23] :

 

 

II.4. Le principe de déséquilibre

 

Le déséquilibre entre les états thermodynamiques de plusieurs réservoirs est le moteur des systèmes énergétiques. On retrouve par exemple le piston qui s’appuie sur une différence de pression avec le milieu ambiant, ou encore la machine thermique qui a besoin d’une différence de température avec le milieu ambiant.

 

 

III. Notions de rendement

III.1. Le rendement énergétique

 

Il correspond au rapport entre l’énergie utile et l’énergie investie dans une transformation ou conversion :

 

III.2. Le rendement exergétique

 

Il correspond au rapport entre l’exergie utile et l’exergie investie dans une transformation ou conversion :

 

III.3. Comparaison entre ces deux rendements

 

Pour un convecteur électrique par exemple, le fait que son rendement énergétique soit égal à 100% donne l’impression que celui-ci est parfait, mais lorsque l’on observe son rendement exergétique, on comprend bien qu’il peut exister des systèmes plus efficaces puisque sa valeur est d’environ 7%.

 

 

IV. L’exergie liée à l’industrie

 

Comme nous l’avons vue au début du document, l’enjeu à ce jour pour un grand nombre d’industriel est l’optimisation des performances énergétiques. Cette notion d’exergie intéresse aujourd’hui de plus en plus de personne du fait de sa valeur ajoutée, même si elle reste encore peu connue.

 

IV.1. Mesure et comparaison de performance énergétique

 

L’optimisation de la performance énergétique d’un site industriel nécessite dans un premier temps qu’on la mesure pour ensuite pouvoir l’évaluer. La grande diversité des procédés industriels concernant leur nature, leur fonctionnement ou encore leur complexité nous montre qu’il est difficile d’en évaluer leur performance énergétique. De plus, l’énergie utilisée se présente sous différentes formes telle que l’électricité, la chaleur…

 

 

IV.2. Valeur ajoutée de l’analyse exergétique

 

L’analyse exergétique est une approche systémique qui permet d’aller plus loin dans l’optimisation énergétique des procédés industriels que les différentes analyses énergétiques basées sur une simple approche thermique. Elle est néanmoins très peu répandue, alors qu’elle permet de localiser et de quantifier les inefficiences au sein d’un procédé industriel en prenant en compte, comme nous l’avons vue précédemment, la perte d’énergie et la diminution de sa qualité.