Conversion Thermodynamique de la Chaleur est un parcours de deux MOOC qui traitent des systèmes énergétiques permettant soit de convertir de la chaleur en travail mécanique, soit d'extraire de la chaleur à basse température grâce à un apport d'énergie mécanique. Ces technologies sont aussi appelées machines thermiques.

Dans le MOOC Modéliser et Simuler les apprenants commencent par acquérir les bases de la modélisation des systèmes énergétiques simples (centrales à vapeur, turbines à gaz, machines de réfrigération) afin de savoir en paramétrer les modèles dans le simulateur Thermoptim.

Ils utilisent ensuite ce savoir dans le MOOC Cycles Classiques et Innovants pour étudier les cycles moteurs et récepteurs classiques et les cycles Innovants à faible impact environnemental :

• Cycles moteurs : moteurs alternatifs à combustion interne à essence, à gaz et diesel, propulsion aéronautique, cycles combinés, installations de cogénération, cycles à énergie solaire, cycles nucléaires à haute température (HTR), énergie thermique des mers, installations de géothermie, cycles à oxycombustion, conversion de la biomasse

• Cycles récepteurs : pompes à chaleur, cycle de Brayton inverse, cryogénie, cycles à éjecteur

Les pages ci-dessous donnent accès à l'ensemble des ressources scénarisées du second MOOC, Conversion Thermodynamique de la Chaleur - Cycles Classiques et Innovants.

Un support de cours complet est disponible dans le livre Modéliser et simuler les technologies énergétiques - Conversion thermodynamique de la chaleur, publié aux Presses des MINES, collection Les Cours, 2017. Pour des raisons de copyright, il n'est pas possible de le télécharger.

Nous fournissons comme support de cours d'une part quelques extraits résumés de ce livre au format pdf, et d'autre part des liens vers de nombreuses pages du portail Thermoptim-UNIT qui ont été récemment complétées pour cela. Ces pages sont imprimables.

Pédagogie mise en œuvre

Le renouveau de la pédagogie de la thermodynamique appliquée que nous proposons repose sur un déplacement du savoir acquis par les apprenants. La mise en équation des évolutions subies par les fluides est drastiquement réduite par rapport aux cours classiques, les calculs étant effectués par le simulateur Thermoptim sans que les apprenants aient besoin d'en connaître les détails. Ils consacrent en revanche l'essentiel du temps d'une part à l'apprentissage des technologies, et d'autre part à la réflexion sur les architectures des cycles thermodynamiques aussi bien classiques que innovants, analysant graphiquement et paramétrant des modèles des diverses technologies énergétiques.

Le MOOC Modéliser et Simuler se limite à l'étude des cycles simples et introduit également les notions essentielles de thermodynamique de manière contextualisée afin de leur donner du sens et de faciliter ainsi leur compréhension par les apprenants.

Une fois les cycles simples bien compris, il devient possible d'étudier les cycles plus complexes, ce qui est effectué dans le MOOC Cycles Classiques et Innovants.

Dans ce second MOOC, les apprenants font le lien entre les caractéristiques technologiques des différents systèmes énergétiques et leurs architectures et voient comment ils peuvent être modélisés avec un progiciel comme Thermoptim.

Ils commencent par réfléchir aux pistes d'amélioration possibles des cycles simples étudiés dans le MOOC Modéliser et Simuler, l'objectif étant d'obtenir les meilleures performances thermodynamiques possibles.

Le fil directeur qui sous-tend ces analyses est la réduction des irréversibilités, une attention particulière étant accordée à celles qui proviennent des écarts de température avec les sources externes et lors des régénérations internes. Par ailleurs, l'intérêt des compressions et détentes fractionnées est mis en évidence chaque fois que possible.

Dans ces deux MOOC, l'utilisation du simulateur se fait essentiellement sous forme d'une quarantaine d'explorations dirigées de modèles existants. Pour réduire les difficultés liées à l'utilisation du progiciel, les apprenants ne bâtissent pas par eux-mêmes les modèles, mais explorent et paramètrent des modèles déjà construits.

Le scénario est présenté dans un navigateur particulier capable d'émuler Thermoptim, qui propose différentes activités aux apprenants, comme de retrouver des valeurs dans les écrans du simulateur, le reparamétrer pour effectuer des analyses de sensibilité... Des explications contextuelles leur sont données progressivement.

On s'assure ainsi qu'ils ne perdent pas de temps sur des erreurs de manipulation qui ne présentent pas d'intérêt pédagogique, ce qui est essentiel si on veut que leur travail puisse être réalisé dans le temps imparti. Les risques d'erreur diminuent ainsi considérablement, et, si elles surviennent, les apprenants n'ont qu'à réinitialiser le navigateur en rechargeant les fichiers dont ils disposent.

Ultérieurement, si un apprenant est amené à construire par lui-même des modèles avec Thermoptim, il le fera avec beaucoup plus de facilité s'il a procédé à ces explorations dirigées car il se sera familiarisé avec les écrans du progiciel. Il trouvera toutes les explications nécessaires sur la manière de bâtir des modèles soit dans la documentation du progiciel soit dans les cours en ligne proposés dans le portail Thermoptim-UNIT.

Présentation générale du MOOC CTC-CCI

Cette vidéo présente l'ensemble du cours, qui se déroule sur 4 semaines dans sa version MOOC.

Les 5 modules correspondants sont détaillés dans les pages ci-dessous.