Objectif du cours

Ce cours vise à familiariser les étudiants avec les principales filières de production d’énergies bas-carbone dans le contexte de l’électrification des usages et de la transition énergétique. Une part importante du cours est consacrée aux énergies solaire et éolienne, depuis la caractérisation des ressources jusqu’à la conception, au dimensionnement et à l’exploitation des installations.

Les thématiques abordées comprennent les énergies renouvelables dans le contexte de la transition énergétique, les rappels de thermodynamique, l’énergie solaire photovoltaïque, l’énergie solaire thermique, l’énergie éolienne terrestre (onshore) et en mer (offshore), l’énergie hydraulique, la géothermie, la bioénergie, les technologies de stockage de l’énergie, l’analyse technico-économique des principales filières bas-carbone ainsi que leur intégration dans les réseaux électriques.

À l’issue de ce cours, l’étudiant sera en mesure de concevoir une installation de production d’énergie solaire ou éolienne. Plus précisément, il sera capable de :

1. Expliquer les principes fondamentaux de la production d’énergie solaire et éolienne.

2. Identifier et sélectionner des sites d’implantation adaptés.

3. Déterminer les paramètres clés nécessaires au dimensionnement des principaux équipements de production.

4. Comparer de manière critique les différentes technologies et justifier des choix en fonction de critères techniques, économiques et environnementaux.

5. Évaluer les performances technico-économiques des principales filières bas-carbone et analyser leur intégration dans un système énergétique décarboné.

Note : Tous les supports PowerPoint et les capsules vidéo du cours sont en anglais.

Contenu du cours

1. Panorama des énergies bas-carbone et de la transition énergétique

• Contexte énergétique mondial et changements climatiques

• Électrification des usages et décarbonation de l’économie

• Panorama des principales filières bas-carbone

• Indicateurs de performance énergétique, environnementale et économique

2. Ressources énergétiques et rappels de thermodynamique

• Bilans énergétiques

• Rendements et limites thermodynamiques

• Ressource solaire

• Ressource éolienne

• Sources de données météorologiques

3. Énergie solaire photovoltaïque : principes et technologies

• Effet photovoltaïque

• Cellules, modules et chaînes photovoltaïques

• Technologies cristallines et couches minces

• Onduleurs et architectures des systèmes

• Performances et pertes

4. Conception et dimensionnement d’une installation photovoltaïque

• Évaluation du gisement solaire

• Orientation et inclinaison des modules

• Dimensionnement des principaux équipements

• Estimation de la production annuelle

• Étude de cas

5. Énergie solaire thermique

• Capteurs solaires thermiques

• Chauffe-eau solaire

• Centrales solaires à concentration

• Stockage thermique

• Applications industrielles

6. Énergie éolienne : principes et technologies

• Aérodynamique des éoliennes

• Limite de Betz

• Courbe de puissance

• Principaux composants

• Éoliennes terrestres (onshore) et en mer (offshore)

7. Implantation et dimensionnement d’un parc éolien

• Caractérisation de la ressource éolienne

• Sélection des sites

• Effets de sillage

• Estimation de la production annuelle

• Contraintes techniques, environnementales et réglementaires

8. Autres filières bas-carbone et technologies de stockage

• Hydroélectricité

• Géothermie

• Bioénergie

• Batteries

• Stations de transfert d’énergie par pompage (STEP)

• Hydrogène

• Comparaison des principales technologies de stockage

9. Analyse technico-économique des projets énergétiques

• Coûts d’investissement et d’exploitation (CAPEX/OPEX)

• Coût actualisé de l’énergie (LCOE)

• Temps de retour énergétique

• Analyse de sensibilité

• Comparaison des principales filières bas-carbone

10. Intégration des énergies bas-carbone dans les réseaux électriques

• Équilibre offre-demande et stabilité des réseaux électriques

• Variabilité et prévisibilité des productions solaire et éolienne

• Flexibilité du système électrique (stockage, effacement, pilotage de la demande)

• Réseaux intelligents (smart grids) et gestion de l’énergie

• Complémentarité des différentes filières bas-carbone

• Enjeux liés à l’électrification des usages (transport, chauffage, industrie)

• Étude de cas d’intégration des énergies renouvelables dans un réseau électrique