3.1 Postulats de la thermodynamique
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varient alors de manière infiniment lente par rapport à leur vitesse moyenne de variation lors de la relaxation. Soulignons que les transformations quasi-statiques sont
nécessairement des transformations réversibles, c’est-à-dire des processus constitués
d’une suite d’état d’équilibre dont le sens d’évolution peut être renversé à tout instant
à partir d’une action infiniment petite sur les paramètres externes. En effet, l’état du
système étant défini à chaque instant par la température et les paramètres externes
(deuxième postulat), une variation infinitésimale opérée sur ces derniers en sens inverse du sens de la transformation directe permettra de revenir à l’état initial sans
modification des corps extérieurs.
Dans le cas où le système possède une énergie cinétique macroscopique, ce qui est
généralement le cas des objets électromécaniques étudiés, les transformations qu’il
subit ne peuvent être réversibles puisque la notion d’état d’équilibre thermodynamique suppose le repos mécanique. Néanmoins, une décomposition judicieuse du
système peut permettre d’isoler des sous-ensembles macroscopiques (éventuellement
des volumes élémentaires) qui sont chacun au repos dans un référentiel convenablement choisi. Ces éléments sont par conséquent à même de subir une transformation
réversible dans ces référentiels (notion d’état local). De telles transformations sont
dites idéales. Elles permettent par exemple de caractériser l’interaction réversible
susceptible de s’opérer entre un champ et un moment magnétique tournant au synchronisme.
Remarquons toutefois que les transformations réelles sont toujours irréversibles en
raison de l’existence de phénomènes dissipatifs tels que le frottement, l’effet Joule,
l’hystérèse magnétique, etc. L’échange d’énergie associé est de toute évidence irréversible. Dans le cas des phénomènes dissipatifs à caractère hystérétique, comme
le frottement solide par exemple, cette irréversibilité demeure même lorsque l’on
considère des transformations limites infiniment lentes. Les forces dissipatives ont
des valeurs non-infiniment petites qui s’inversent avec la vitesse. Les travaux correspondants, qui ne changent pas de signe lorsque l’on inverse le sens de la transformation, sont des infiniment petits du même ordre que celui des autres forces. En
revanche, dans le cas du frottement visqueux et des phénomènes associés tels que
l’effet Joule, les forces de frottement s’annulent avec la vitesse. Par conséquent, si
l’on rend cette vitesse arbitrairement petite, leur travail peut être négligé devant celui
des autres forces (infiniment petit du second ordre). On pourra ainsi définir dans ce
deuxième cas une transformation limite réversible.
Soulignons enfin que, dans le cadre de l’étude des convertisseurs d’énergie, les notions de transformations quasi-statique, réversible limite, ou idéale, revêtent une importance considérable. Elles permettent en effet d’accéder aux limites supérieures des
grandeurs caractéristiques de la conversion d’énergie réalisée (travail fourni, forces
maximales, etc.).
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varient alors de manière infiniment lente par rapport à leur vitesse moyenne de variation lors de la relaxation. Soulignons que les transformations quasi-statiques sont
nécessairement des transformations réversibles, c’est-à-dire des processus constitués
d’une suite d’état d’équilibre dont le sens d’évolution peut être renversé à tout instant
à partir d’une action infiniment petite sur les paramètres externes. En effet, l’état du
système étant défini à chaque instant par la température et les paramètres externes
(deuxième postulat), une variation infinitésimale opérée sur ces derniers en sens inverse du sens de la transformation directe permettra de revenir à l’état initial sans
modification des corps extérieurs.
Dans le cas où le système possède une énergie cinétique macroscopique, ce qui est
généralement le cas des objets électromécaniques étudiés, les transformations qu’il
subit ne peuvent être réversibles puisque la notion d’état d’équilibre thermodynamique suppose le repos mécanique. Néanmoins, une décomposition judicieuse du
système peut permettre d’isoler des sous-ensembles macroscopiques (éventuellement
des volumes élémentaires) qui sont chacun au repos dans un référentiel convenablement choisi. Ces éléments sont par conséquent à même de subir une transformation
réversible dans ces référentiels (notion d’état local). De telles transformations sont
dites idéales. Elles permettent par exemple de caractériser l’interaction réversible
susceptible de s’opérer entre un champ et un moment magnétique tournant au synchronisme.
Remarquons toutefois que les transformations réelles sont toujours irréversibles en
raison de l’existence de phénomènes dissipatifs tels que le frottement, l’effet Joule,
l’hystérèse magnétique, etc. L’échange d’énergie associé est de toute évidence irréversible. Dans le cas des phénomènes dissipatifs à caractère hystérétique, comme
le frottement solide par exemple, cette irréversibilité demeure même lorsque l’on
considère des transformations limites infiniment lentes. Les forces dissipatives ont
des valeurs non-infiniment petites qui s’inversent avec la vitesse. Les travaux correspondants, qui ne changent pas de signe lorsque l’on inverse le sens de la transformation, sont des infiniment petits du même ordre que celui des autres forces. En
revanche, dans le cas du frottement visqueux et des phénomènes associés tels que
l’effet Joule, les forces de frottement s’annulent avec la vitesse. Par conséquent, si
l’on rend cette vitesse arbitrairement petite, leur travail peut être négligé devant celui
des autres forces (infiniment petit du second ordre). On pourra ainsi définir dans ce
deuxième cas une transformation limite réversible.
Soulignons enfin que, dans le cadre de l’étude des convertisseurs d’énergie, les notions de transformations quasi-statique, réversible limite, ou idéale, revêtent une importance considérable. Elles permettent en effet d’accéder aux limites supérieures des
grandeurs caractéristiques de la conversion d’énergie réalisée (travail fourni, forces
maximales, etc.).