CHAPITRE I : Notions fondamentales de la thermodynamique
I. 1. Introduction générale
La thermodynamique est une science qui nait à la fin du 17ème siècle. L’essentiel à l’époque
était de construire des machines indispensables à l’industrie naissante.
On rapporte que Denis PAPIN (Physicien français, 1647-1714) a eu l’idée de construire une
machine utilisant de la vapeur d’eau en regardant l’eau bouillit dans un récipient. En voyant
la vapeur soulevant le couvercle, il a constaté qu’elle pourrait donc aussi repousser un piston
et ainsi fournir du travail.
La motivation initiale était donc de répondre à un besoin industriel essentiel à l’époque :
trouver les conditions optimales pour transformer la chaleur en travail. On trouve dans cette
phrase les trois (03) mots fondateurs de la thermodynamique. Ce non (thermodynamique)
vient du grec signifiant respectivement chaleur et force. On peut décrire la thermodynamique
de deux (02) manières ou selon deux (02) aspects différents :
a. L’aspect macroscopique : on s’intéresse aux propriétés de la matière de la manière où le
système à l’échelle globale ou macroscopique, alors les propriétés sont décrites par des
variables d’état macroscopiques (P, V, T, m, …).
b. L’aspect microscopique : on s’intéresse aux propriétés de la matière à l’échelle
microscopique ou atomique en utilisant comme variables les grandeurs cinétiques
individuelles des molécules ou des atomes (Pi, Vi, Ei, …)
Selon que l’on considère l’un ou l’autre de ces deux aspects, on distingue alors entre la
thermodynamique classique ou statique.
a. Thermodynamique classique
Elle explique le comportement de la matière ou des systèmes en fonction de leurs variations
d’énergie et d’entropie. Elle décrit uniquement les états initiaux et finaux des systèmes en
évolution et dresse le bilan énergétique du système. Le chemin suivi par la transformation du
système peut jouer un rôle (la notion de réversibilité ou d’irréversibilité des transformations).
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, b. Thermodynamique statique
Elle cherche à expliquer l’origine et la signification des variables macroscopiques (P, T) et
des notions de chaleurs, de travail et e l’entropie en les reliant directement au mécanisme de
l’agitation moléculaire. Ainsi on distingue les notions de température, de pression et de
chaleur.
I. 1. 1. Notion de température
La température est reliée au degré d’agitation moléculaire de la matière. Si la vitesse Vi des
molécules et donc leur énergie cinétique Ei augmentent, alors le degré d’agitation thermique
du milieu est plus grand.
A la température 0 K (Zéro absolu à -273°C), les atomes et les molécules qui constituent la
matière sont figées.
Exemple :
Un gaz contenu dans une enceinte. A l’échelle microscopique, les molécules du gaz se
déplacent dans l’enceinte de façon totalement aléatoire avec des vitesses Vi.
Gaz dans une enceinte
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Donc la température est définie par la relation suivante: 𝑀𝑉 = 𝑘 𝑇
2 2
Où :
M est la masse des particules.
V est la vitesse des particules qui constituent la matière.
k est une constante.
T est la température de la matière.
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I. 1. Introduction générale
La thermodynamique est une science qui nait à la fin du 17ème siècle. L’essentiel à l’époque
était de construire des machines indispensables à l’industrie naissante.
On rapporte que Denis PAPIN (Physicien français, 1647-1714) a eu l’idée de construire une
machine utilisant de la vapeur d’eau en regardant l’eau bouillit dans un récipient. En voyant
la vapeur soulevant le couvercle, il a constaté qu’elle pourrait donc aussi repousser un piston
et ainsi fournir du travail.
La motivation initiale était donc de répondre à un besoin industriel essentiel à l’époque :
trouver les conditions optimales pour transformer la chaleur en travail. On trouve dans cette
phrase les trois (03) mots fondateurs de la thermodynamique. Ce non (thermodynamique)
vient du grec signifiant respectivement chaleur et force. On peut décrire la thermodynamique
de deux (02) manières ou selon deux (02) aspects différents :
a. L’aspect macroscopique : on s’intéresse aux propriétés de la matière de la manière où le
système à l’échelle globale ou macroscopique, alors les propriétés sont décrites par des
variables d’état macroscopiques (P, V, T, m, …).
b. L’aspect microscopique : on s’intéresse aux propriétés de la matière à l’échelle
microscopique ou atomique en utilisant comme variables les grandeurs cinétiques
individuelles des molécules ou des atomes (Pi, Vi, Ei, …)
Selon que l’on considère l’un ou l’autre de ces deux aspects, on distingue alors entre la
thermodynamique classique ou statique.
a. Thermodynamique classique
Elle explique le comportement de la matière ou des systèmes en fonction de leurs variations
d’énergie et d’entropie. Elle décrit uniquement les états initiaux et finaux des systèmes en
évolution et dresse le bilan énergétique du système. Le chemin suivi par la transformation du
système peut jouer un rôle (la notion de réversibilité ou d’irréversibilité des transformations).
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, b. Thermodynamique statique
Elle cherche à expliquer l’origine et la signification des variables macroscopiques (P, T) et
des notions de chaleurs, de travail et e l’entropie en les reliant directement au mécanisme de
l’agitation moléculaire. Ainsi on distingue les notions de température, de pression et de
chaleur.
I. 1. 1. Notion de température
La température est reliée au degré d’agitation moléculaire de la matière. Si la vitesse Vi des
molécules et donc leur énergie cinétique Ei augmentent, alors le degré d’agitation thermique
du milieu est plus grand.
A la température 0 K (Zéro absolu à -273°C), les atomes et les molécules qui constituent la
matière sont figées.
Exemple :
Un gaz contenu dans une enceinte. A l’échelle microscopique, les molécules du gaz se
déplacent dans l’enceinte de façon totalement aléatoire avec des vitesses Vi.
Gaz dans une enceinte
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Donc la température est définie par la relation suivante: 𝑀𝑉 = 𝑘 𝑇
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Où :
M est la masse des particules.
V est la vitesse des particules qui constituent la matière.
k est une constante.
T est la température de la matière.
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