12
Chapitre 1
1.1.2 Le premier principe
Le premier principe de la thermodynamique affirme simplement :
L’énergie est indestructible.
« Il est important de réaliser que
dans la physique d’aujourd’hui, nous
n’avons aucune connaissance de ce
qu’est l’énergie. Nous n’avons pas de
représentation comme quoi l’énergie
viendrait en petits paquets d’une certaine quantité. Cependant des formules
permettent de calculer une quantité numérique, et lorsque nous les additionnons toutes, nous obtenons toujours
le même nombre. C’est une chose abstraite en cela qu’elle ne nous donne pas
le mécanisme ou les raisons des différentes formules. »
Richard Feynman, 1963
The Feynman Lectures on Physics
[30, 35]
On peut aussi écrire que « l’énergie de l’univers est constante », ou « l’énergie se conserve toujours » : elle ne peut être ni créée ni détruite. Autrement
dit, lorsqu’un objet reçoit un joule d’énergie, il peut soit l’emmagasiner, soit
le refournir à l’extérieur ; mais en aucun cas il ne peut le détruire.
Il n’y a que deux principes importants en thermodynamique ; le second
(auquel nous consacrons les chapitres 7 et 8) porte lui aussi sur la nature
de l’énergie. Leurs implications sont énormes et ils sont le fruit d’un travail
intellectuel profond et laborieux, long de plusieurs siècles. Il n’existe pas de
preuve ou de démonstration de leur véracité, mais toutes nos observations et
expériences les corroborent, de sorte qu’ils sont aujourd’hui universellement
acceptés.
Nous exprimerons quantitativement le premier principe de deux façons
différentes, l’une pour un système fermé (au chapitre 2, équation 2/2) et
l’autre pour un système ouvert (au chapitre 3, équation 3/15).
1.1.3 Formes d’énergie
Les différentes formes d’énergie que nous identifions usuellement ont été
mises au jour une à une au cours de l’histoire de la physique.
L’énergie cinétique est possédée par un corps du fait de sa vitesse (cf. le
paragraphe §1.2 plus bas). C’est la forme d’énergie la plus facile à identifier.
Elle a longtemps été nommée vis viva (« force vive »).
L’énergie potentielle est stockée avec l’interaction entre deux objets liés par
une force conservative. 1 À l’échelle macroscopique, sa forme la plus palpable
est l’énergie potentielle d’altitude, issue du travail fourni à une masse contre
son poids (c’est ce travail qui rend plus fatigante la montée d’escaliers que
leur descente, par exemple). En écrasant un ressort, on y stocke de l’énergie
potentielle de compression, que l’on récupère en le détendant.
L’énergie chimique est une combinaison d’énergie potentielle et d’énergie
cinétique entre atomes. Le métabolisme humain, ainsi que la combustion des
hydrocarbures avec l’oxygène atmosphérique utilisée dans presque tous nos
véhicules, sont tous deux fondés sur des transferts énergétiques chimiques.
Au cours du xx e siècle, on a découvert au niveau sub-atomique que la masse
était aussi une forme d’énergie (ainsi le fameux í µí°¸ = í µí±í µí± 2 lie masse et énergie).
L’énergie rayonnante (électromagnétique) est également identifiable au
niveau sub-atomique. Ces formes d’énergie ne nous concernent pas dans
cet ouvrage.
1 Une force est dite conservative lorsqu’elle reste la même dans un sens comme
dans un autre. Par exemple, le poids est conservatif (il est le même que l’on monte
ou que l’on descende) mais le frottement ne l’est pas (il s’oppose toujours au
mouvement).
Thermodynamique de l’ingénieur par Olivier Cleynen
Chapitre 1
1.1.2 Le premier principe
Le premier principe de la thermodynamique affirme simplement :
L’énergie est indestructible.
« Il est important de réaliser que
dans la physique d’aujourd’hui, nous
n’avons aucune connaissance de ce
qu’est l’énergie. Nous n’avons pas de
représentation comme quoi l’énergie
viendrait en petits paquets d’une certaine quantité. Cependant des formules
permettent de calculer une quantité numérique, et lorsque nous les additionnons toutes, nous obtenons toujours
le même nombre. C’est une chose abstraite en cela qu’elle ne nous donne pas
le mécanisme ou les raisons des différentes formules. »
Richard Feynman, 1963
The Feynman Lectures on Physics
[30, 35]
On peut aussi écrire que « l’énergie de l’univers est constante », ou « l’énergie se conserve toujours » : elle ne peut être ni créée ni détruite. Autrement
dit, lorsqu’un objet reçoit un joule d’énergie, il peut soit l’emmagasiner, soit
le refournir à l’extérieur ; mais en aucun cas il ne peut le détruire.
Il n’y a que deux principes importants en thermodynamique ; le second
(auquel nous consacrons les chapitres 7 et 8) porte lui aussi sur la nature
de l’énergie. Leurs implications sont énormes et ils sont le fruit d’un travail
intellectuel profond et laborieux, long de plusieurs siècles. Il n’existe pas de
preuve ou de démonstration de leur véracité, mais toutes nos observations et
expériences les corroborent, de sorte qu’ils sont aujourd’hui universellement
acceptés.
Nous exprimerons quantitativement le premier principe de deux façons
différentes, l’une pour un système fermé (au chapitre 2, équation 2/2) et
l’autre pour un système ouvert (au chapitre 3, équation 3/15).
1.1.3 Formes d’énergie
Les différentes formes d’énergie que nous identifions usuellement ont été
mises au jour une à une au cours de l’histoire de la physique.
L’énergie cinétique est possédée par un corps du fait de sa vitesse (cf. le
paragraphe §1.2 plus bas). C’est la forme d’énergie la plus facile à identifier.
Elle a longtemps été nommée vis viva (« force vive »).
L’énergie potentielle est stockée avec l’interaction entre deux objets liés par
une force conservative. 1 À l’échelle macroscopique, sa forme la plus palpable
est l’énergie potentielle d’altitude, issue du travail fourni à une masse contre
son poids (c’est ce travail qui rend plus fatigante la montée d’escaliers que
leur descente, par exemple). En écrasant un ressort, on y stocke de l’énergie
potentielle de compression, que l’on récupère en le détendant.
L’énergie chimique est une combinaison d’énergie potentielle et d’énergie
cinétique entre atomes. Le métabolisme humain, ainsi que la combustion des
hydrocarbures avec l’oxygène atmosphérique utilisée dans presque tous nos
véhicules, sont tous deux fondés sur des transferts énergétiques chimiques.
Au cours du xx e siècle, on a découvert au niveau sub-atomique que la masse
était aussi une forme d’énergie (ainsi le fameux í µí°¸ = í µí±í µí± 2 lie masse et énergie).
L’énergie rayonnante (électromagnétique) est également identifiable au
niveau sub-atomique. Ces formes d’énergie ne nous concernent pas dans
cet ouvrage.
1 Une force est dite conservative lorsqu’elle reste la même dans un sens comme
dans un autre. Par exemple, le poids est conservatif (il est le même que l’on monte
ou que l’on descende) mais le frottement ne l’est pas (il s’oppose toujours au
mouvement).
Thermodynamique de l’ingénieur par Olivier Cleynen