2022-2023 / CHIM9315-1

Gestion durable des combustibles : approvisionnement, synthèse et utilisation

Durée

50h Th

Nombre de crédits

 Bachelier en sciences de l'ingénieur, orientation ingénieur civil5 crédits 
 Master : ingénieur civil en chimie et science des matériaux, à finalité5 crédits 
 Master : ingénieur civil électromécanicien, à finalité5 crédits 

Enseignant

Grégoire Léonard, Angélique Léonard

Langue(s) de l'unité d'enseignement

Langue française

Organisation et évaluation

Enseignement au premier quadrimestre, examen en janvier

Horaire

Horaire en ligne

Unités d'enseignement prérequises et corequises

Les unités prérequises ou corequises sont présentées au sein de chaque programme

Contenus de l'unité d'enseignement

Le cours aborde deux grands aspects associés à la gestion durable des combustibles, la production et les propriétés des combustibles d'une part et la gestion de leur combustion d'autre part, avec un focus sur les moyens de réduire la pollution atmosphérique.
Le cours commence par une introduction aux sources et vecteurs d'énergie, tant d'origine fossile que renouvelable. Les différentes techniques de conversion des énergies chimique et nucléaire en énergie thermique sont abordées. Les différentes formes d'énergie renouvelables et technologies associées sont décrites. Le cours a également pour but de susciter la réflexion quant à la manière d'assurer l'approvisionnement en énergie de manière durable, compte tenu de l'épuisement des ressources fossiles et des conséquences de la pollution atmosphérique, particulièrement l'intensification de l'effet de serre. Un partie sera consacrée à l'utilisation du CO2 dans ce contexte ("power to fuel'").
La pollution atmosphériques sera traitée de manière large en abordant à la fois les aspects liés à la production des polluants et à leur impact environnemental (pluies acides, réchauffement climatique, production d'ozone troposphérique, ...) et les aspects liés à la prévention (méthodes primaires) ou au traitement de la pollution (méthodes secondaires). Les techniques d'épuration des gaz de combustion sont présentées pour les grandes installations de combustion ainsi que pour les véhicules.
Principaux polluants étudiés : dioxyde de carbone, monoxyde de carbone, oxydes d'azote, oxydes de soufre, composés organiques oxydés, hydrocarbures aromatiques polycycliques, suies et cendres.
Méthodes primaires : modification du mix énergétique, réduction de la quantité d'énergie primaire consommée, épuration du combustible, optimisation des conditions opératoires, ...
Méthodes secondaires : épuration des fumées (désulfuration, dénitrification, dépoussiérage, captage et utilisation du CO2, pot catalytique 2 voies et 3 voies, ...).
Le cours est divisé en quatorze chapitres:
- Introduction
- Aspects géopolitiques, économiques, industriels et environnementaux de l'énergie.
- Les combustibles fossiles conventionnels
- L'énergie nucléaire
- Les sources d'énergie renouvelable 'conventionnelles'
- Les combustibles 'nouvelle génération' : gaz de synthèse, e-fuels
- La combustion
- La pollution atmosphérique et le rôle joué par la combustion
- Inventaire des polluants de la combustion : mécanismes d'émission et quantités émises
- Normes réglementaires relatives à la pollution de l'air
- Techniques de réduction des émissions de polluants de la combustion                                  
- Cas particulier de la réduction des émissions de CO2
- Impact environnemental suivant une approche 'cycle de vie'
- Les défis de la recherche pour les prochaines années

Acquis d'apprentissage (objectifs d'apprentissage) de l'unité d'enseignement

Au terme du cours, l'étudiant sera capable

1) de montrer sa compréhension des concepts théoriques vu au cours ;

2) d'expliquer les relations entre consommation d'énergie, démographie et développement économique et sur cette base discuter l'évolution de la consommation énergétique mondiale

3) de définir les notions de réserves et ressources en combustibles fossiles et d'en fournir des ordres de grandeur

4) d'expliquer de manière simplifiée la manière dont se sont formés les combustibles fossiles ainsi que les moyens de les exploiter et des les convertir en combustibles

5) d'expliquer la contribution de l'utilisation des énergies fossiles à divers phénomènes de pollution atmosphérique

6) d'expliquer de façon simplifiée le fonctionnement d'une centrale nucléaire, le phénomène de fission, la notion de filière nucléaire.

7) de décrire les technologies mises en œuvre pour exploiter les sources d'énergie renouvelables

8) de discuter la place des énergies fossiles et renouvelable pour assurer l'approvisionnement en énergie, à l'échelle belge et européenne, à l'heure actuelle et à l'horizon 2020.

9) de discuter les options pressenties dans le futur pour diminuer la consommation d'énergie et assurer l'approvisionnement énergétique

10) d'expliquer les principaux phénomènes environnementaux liés à la pollution atmosphérique (pluies acides, destruction de la couche d'ozone, production d'ozone troposphérique, intensification de l'effet de serre, ...) ;

11) de réaliser l'inventaire des principaux polluants de la combustion, d'en expliquer les mécanismes de production, d'en décrire leur impact sur l'environnement et de restituer les moyens permettant soit de prévenir leur émission, soit de les éliminer des fumées de combustion ;

12) de réaliser un calcul de débit et de composition de fumées lors de la combustion d'un combustible fossile réalisée en excès d'air incluant la détermination du pouvoir comburivore, fumigène, ainsi que la vérification des teneurs en oxydes de soufre et d'azote en accord avec la régulation en vigueur.

13) de décrire ce qu'est la gazéification de matières hydrocarbonées, les ressources employées, les mécanismes, les procédés et types de réacteurs ainsi que de discuter du rôle de la gazéification dans les systèmes énergétiques.

14) de décrire les technologies et configurations de procédés permettant de capter et stocker le CO2, d'identifier les avantages et inconvénients de ces technologies et configurations et de discuter de leur rôle potentiel dans la transition énergétique

15) de réaliser une étude critique des différentes carburants synthétiques d'origine non-biologique, qu'ils soient produits à partir de CO2 (hydrocarbures, essence synthétiques, e-méthane ou e-méthanol) ou non (hydrogène, ammoniac).


Les 11 premiers points font l'objet d'une liste détaillée de questions qui seront communiquées en début de cours.

 

Ce cours contribue aux acquis d'apprentissage I.1, I.2, II.1, IV.4, V.1, V.2, VI.1 du programme d'ingénieur civil en chimie et science des matériaux.


Ce cours contribue aux acquis d'apprentissage I.1, I.2, II.1, V.1, V.2, VI.1 du programme d'ingénieur civil électromécanicien.

 

Savoirs et compétences prérequis

Le cours s'appuie sur des connaissances de chimie de base, telles qu'enseignées dans les cours de bachelier ingénieur civil ou en sciences chimiques.

Activités d'apprentissage prévues et méthodes d'enseignement

Le cours est constitué de séances 'ex-cathedra' dont l'une est consacrée à la réalisation d'un exercice pratique de calcul de composition de fumées lors d'une combustion.
Un exercice par groupes sera également organisé
Une visite de site industriel sera également prévue.
 

Mode d'enseignement (présentiel, à distance, hybride)

Cours en présentiel + disponible à distance ou en podcast selon les possibilités techniques

Lectures recommandées ou obligatoires et notes de cours

Les présentations projetées pendant le cours théorique sont mises à disposition de l'étudiant via le portail eCampus.

Modalités d'évaluation et critères

Examen(s) en session

Toutes sessions confondues

- En présentiel

évaluation écrite ( QCM, questions ouvertes )

- En distanciel

évaluation écrite ( QCM, questions ouvertes )

Travail à rendre - rapport


Explications complémentaires:

L'examen sera un examen écrit.

Pour la partie avec M. G. Léonard, l'examen est organisé sous forme de QCM et de questions ouvertes. Les questions porteront sur la matière vue dans les sections suivantes: gazéification, combustibles de synthèse, hydrogène, captage, stockage et utilisation de CO2.

Pour la partie avec Mme A. Léonard, chaque étudiant reçoit des questions ouvertes issues d'une liste communiquée au préalable, ainsi que des questions sous forme de QCM. L'examen inclura également la réalisation d'un calcul de composition de fumées lors d'une combustion. L'utilisation d'une calculatrice est permise. 

Dans les deux cas, il s'agit pour l'étudiant de faire preuve à la fois de leur connaissance et de leur compréhension des concepts, technologies vus dans le cours théorique.


Un travail de groupe sera également organisé pour la partie de M. G. Léonard et contribuera à la note.





 

 

 

 

 

Stage(s)

Remarques organisationnelles

Le cours est dispensé au premier quadrimestre, le jeudi matin, de 8h30 à 12h30. Le premier cours débutera à 8h30 le 15 septembre 2022 au S38, B6d. Voir également calendrier Celcat.


 

 

 

Contacts

Prof. Angélique LEONARD Dpt of Chemical Engineering PEPs - Products, Environment, Processes
Quartier Agora Institut de Physique, B5a, Bureau 1/51 Tél. 04/366.44.36 A.Leonard@uliege.be
Prof. Grégoire LEONARD Dpt of Chemical Engineering PEPs - Products, Environment, Processes
Quartier Agora Institut de Physique, B6a, Bureau 0/68 Tél. 04/366.35.13 G.Leonard@uliege.be

Association d'un ou plusieurs MOOCs