Chapitre 7
179
Introduction
Lors du chapitre 6 (cycles thermodynamiques), nous avons étudié la nature de
différents cycles permettant de transformer chaleur et travail. Nous nous
proposons maintenant d’étudier, d’expliquer et de quantifier leurs limites.
Ce chapitre 7 (le second principe) se propose de répondre à deux questions :
• Pourquoi tous les moteurs thermiques ont-ils toujours un rendement
inférieur à 100 % ?
• Comment maximiser le rendement d’une machine thermique ?
7.1 Le second principe
7.1.1 Énoncé
Le second principe de la thermodynamique s’exprime ainsi :
La chaleur ne se déplace spontanément
que vers une température plus basse.
On peut préciser cette affirmation de la façon suivante :
Le transfert de chaleur vers une température plus haute
ne peut se faire sans apport d’énergie.
Nous allons voir que ce simple constat a des conséquences multiples et profondes pour l’ingénieur/e. En particulier, il détermine l’efficacité maximale
de tous les moteurs et réfrigérateurs !
7.1.2 De l’évidence du second principe
L’énoncé ci-dessus paraît si évident qu’on peut presque s’en offusquer. Deux
remarques s’imposent ici.
• Le second principe peut être énoncé de multiples façons. Il est plus impressionnant de parler d’« accroissement de l’entropie » que du comportement
spontané de la chaleur ; pourtant ces différents énoncés, que nous allons
aborder progressivement, sont tous équivalents.
• L’apparente évidence manifeste du postulat – on se doute que nul n’a
jamais vu de tasse de thé chaud se réchauffer spontanément, ni de boisson
fraîche se refroidir seule à température ambiante – s’effrite dès que l’on
étudie les phénomènes à l’échelle microscopique.
En effet, si la température n’est que le niveau d’agitation des particules,
alors rien n’empêche a priori celle-ci d’augmenter localement même si la
https://thermodynamique.fr – CC-by-sa Olivier Cleynen
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Introduction
Lors du chapitre 6 (cycles thermodynamiques), nous avons étudié la nature de
différents cycles permettant de transformer chaleur et travail. Nous nous
proposons maintenant d’étudier, d’expliquer et de quantifier leurs limites.
Ce chapitre 7 (le second principe) se propose de répondre à deux questions :
• Pourquoi tous les moteurs thermiques ont-ils toujours un rendement
inférieur à 100 % ?
• Comment maximiser le rendement d’une machine thermique ?
7.1 Le second principe
7.1.1 Énoncé
Le second principe de la thermodynamique s’exprime ainsi :
La chaleur ne se déplace spontanément
que vers une température plus basse.
On peut préciser cette affirmation de la façon suivante :
Le transfert de chaleur vers une température plus haute
ne peut se faire sans apport d’énergie.
Nous allons voir que ce simple constat a des conséquences multiples et profondes pour l’ingénieur/e. En particulier, il détermine l’efficacité maximale
de tous les moteurs et réfrigérateurs !
7.1.2 De l’évidence du second principe
L’énoncé ci-dessus paraît si évident qu’on peut presque s’en offusquer. Deux
remarques s’imposent ici.
• Le second principe peut être énoncé de multiples façons. Il est plus impressionnant de parler d’« accroissement de l’entropie » que du comportement
spontané de la chaleur ; pourtant ces différents énoncés, que nous allons
aborder progressivement, sont tous équivalents.
• L’apparente évidence manifeste du postulat – on se doute que nul n’a
jamais vu de tasse de thé chaud se réchauffer spontanément, ni de boisson
fraîche se refroidir seule à température ambiante – s’effrite dès que l’on
étudie les phénomènes à l’échelle microscopique.
En effet, si la température n’est que le niveau d’agitation des particules,
alors rien n’empêche a priori celle-ci d’augmenter localement même si la
https://thermodynamique.fr – CC-by-sa Olivier Cleynen