Réversibilité
Définition : Réversibilité
Certaines transformations énergétiques sont réversibles : cela signifie que l'effet utile peut devenir la dépense et la dépense peut devenir l'effet utile.
Dans ce cas, le flux d'énergie s'inverse. Ce phénomène peut être décrit dans un diagramme de blocs internes SysML (IBD) par le fait que les ports de flux associés sont bidirectionnels.
Exemple : Système de levage
Un système de levage (ascenseur, monte-charges) est, notamment, constitué des éléments suivants :
un treuil[1], qui assure la transformation d'un mouvement de translation (énergie mécanique) en un mouvement de rotation
un réducteur, qui permet de réduire la vitesse et d'obtenir un couple suffisant pour soulever la charge (énergie mécanique)
un moteur électrique, on devrait plutôt ici parler de manière générique de machine tournante
un variateur de vitesse, dont le principe (variation de fréquence / tension) dépend du type de moteur mis en œuvre
En montée, La vitesse est positive, le couple aussi : la machine tournante fonctionne en moteur, pour soulever la charge.
En descente, le sens de rotation est inversé, la vitesse devient négative. Quant au couple :
il est d'abord brièvement négatif lui aussi (fonctionnement en moteur)
il doit ensuite être positif (fonctionnement en générateur frein) de manière à s'opposer à la charge qui est entraînante
La machine tournante peut donc, selon les phases de fonctionnement se comporter en :
moteur : conversion d'énergie électrique (dépense) en énergie mécanique (effet utile)
générateur / frein : conversion d'énergie mécanique (dépense) en énergie électrique (effet utile)
Remarque : Réversibilité des différents constituants
Pour que le transfert d'énergie puisse se faire dans un sens comme dans l'autre, il faut que les différents constituants de la chaîne d'énergie soient réversibles.
Ce n'est pas toujours le cas pour le modulateur d'énergie (variateur de vitesse) du moins pas dans son ensemble : parfois une résistance externe lui est adjointe pour dissiper - en pure perte - l'énergie. On parle abusivement de résistance de freinage.
Repère Vitesse/Couple - Quadrants de fonctionnement
Le phénomène de réversibilité peut-être illustré par le repère vitesse couple, qui délimite 4 quadrants de fonctionnement.
Chaque quadrant définit un fonctionnement moteur ou génératrice suivant le signe de la puissance. Pour une machine tournante électrique, cette puissance \(P = C.\omega\).
Exemple : Système de levage
Le fonctionnement évoqué dans l'exemple ci-dessus correspond aux quadrants :
1 : montée
3 (brièvement) puis 4 : descente
L'intérêt de la réversibilité est de pouvoir, lors d'une phase particulière de fonctionnement, stocker de l'énergie et de la restituer ultérieurement.
Exemple : Véhicule hybride série
Un véhicule hybride série comprend un groupe électrogène (moteur thermique associé à un générateur électrique et un ou plusieurs moteurs électriques qui actionnent les roues.
Le moteur électrique peut être alimenté soit par la batterie, soit directement par le groupe électrogène, soit par les deux. La batterie peut être chargée par le générateur ou le moteur lors des phases de récupération au freinage.
Complément : Irréversibilité thermodynamique
Les transformations réversibles réelles ne le sont pas complètement, elles se traduisent par des pertes générant une irréversibilité thermodynamique.
Ainsi, si l'on transforme une énergie électrique en énergie mécanique, il sera impossible en inversant le mode de fonctionnement de récupérer l'intégralité de l'énergie fournie!