Chapitre 7
185
chaleur. Sa machine peut fonctionner dans les deux sens : en tant que moteur
ou bien en tant que réfrigérateur.
« Ce maximum [de travail] jouit en
effet de la propriété que, par sa consommation, on peut faire passer du corps
froid B au corps chaud A la même quantité de chaleur que celle qui a passé de
A en B pour sa production. »
Rudolf Clausius, 1850 [10, 11, 21]
En termes thermodynamiques, la machine qu’il conceptualise est non seulement inversable, c’est-à-dire qu’on peut changer le sens de circulation du
fluide pour changer sa fonction (tels de nombreux climatiseurs domestiques
disponibles dans le commerce aujourd’hui), mais elle est aussi réversible :
en inversant son fonctionnement, tous les flux de chaleur sont exactement
opposés. De cette façon, si son réfrigérateur est alimenté par son moteur,
alors les flux seront exactement compensés, comme représenté en figure 7.6.
Figure 7.6 – Deux machines de Carnot, un moteur (à gauche) et un réfrigérateur (à
droite). La première alimente la seconde, et comme elles sont réversibles, les flux de
chaleur sont compensés.
Schéma CC-0 Olivier Cleynen
Pourquoi une telle machine serait-elle la plus efficace que l’on puisse concevoir ? On peut montrer par l’absurde qu’un moteur ayant une efficacité
supérieure à un moteur réversible ne peut exister (figure 7.7). Le travail
fourni par cette machine hypothétique pourrait être utilisé pour alimenter un réfrigérateur réversible. Ces deux machines réunies, ensemble, ne
consommeraient alors aucun travail, mais provoqueraient tout de même
un flux de chaleur depuis le réservoir froid vers le réservoir chaud. Selon
Carnot, et d’après le second principe dont nous avons admis la validité, c’est
impossible : une telle machine ne peut donc exister.
Cette méthode de raisonnement par combinaison de machines hypothétiques et théoriques, même s’il peut dérouter, est une excellente façon
d’approcher la théorie des machines thermodynamiques. L’étudiant/e est
vivement encouragé/e à expérimenter ainsi, en se posant par exemple les
questions suivantes :
• Pourquoi le meilleur réfrigérateur possible fonctionne-t-il de façon réversible ?
• Pourquoi ne peut-on pas améliorer l’efficacité d’un moteur en retournant
ses rejets de chaleur vers la source chaude à l’aide d’une pompe à chaleur
réversible ?
https://thermodynamique.fr – CC-by-sa Olivier Cleynen
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chaleur. Sa machine peut fonctionner dans les deux sens : en tant que moteur
ou bien en tant que réfrigérateur.
« Ce maximum [de travail] jouit en
effet de la propriété que, par sa consommation, on peut faire passer du corps
froid B au corps chaud A la même quantité de chaleur que celle qui a passé de
A en B pour sa production. »
Rudolf Clausius, 1850 [10, 11, 21]
En termes thermodynamiques, la machine qu’il conceptualise est non seulement inversable, c’est-à-dire qu’on peut changer le sens de circulation du
fluide pour changer sa fonction (tels de nombreux climatiseurs domestiques
disponibles dans le commerce aujourd’hui), mais elle est aussi réversible :
en inversant son fonctionnement, tous les flux de chaleur sont exactement
opposés. De cette façon, si son réfrigérateur est alimenté par son moteur,
alors les flux seront exactement compensés, comme représenté en figure 7.6.
Figure 7.6 – Deux machines de Carnot, un moteur (à gauche) et un réfrigérateur (à
droite). La première alimente la seconde, et comme elles sont réversibles, les flux de
chaleur sont compensés.
Schéma CC-0 Olivier Cleynen
Pourquoi une telle machine serait-elle la plus efficace que l’on puisse concevoir ? On peut montrer par l’absurde qu’un moteur ayant une efficacité
supérieure à un moteur réversible ne peut exister (figure 7.7). Le travail
fourni par cette machine hypothétique pourrait être utilisé pour alimenter un réfrigérateur réversible. Ces deux machines réunies, ensemble, ne
consommeraient alors aucun travail, mais provoqueraient tout de même
un flux de chaleur depuis le réservoir froid vers le réservoir chaud. Selon
Carnot, et d’après le second principe dont nous avons admis la validité, c’est
impossible : une telle machine ne peut donc exister.
Cette méthode de raisonnement par combinaison de machines hypothétiques et théoriques, même s’il peut dérouter, est une excellente façon
d’approcher la théorie des machines thermodynamiques. L’étudiant/e est
vivement encouragé/e à expérimenter ainsi, en se posant par exemple les
questions suivantes :
• Pourquoi le meilleur réfrigérateur possible fonctionne-t-il de façon réversible ?
• Pourquoi ne peut-on pas améliorer l’efficacité d’un moteur en retournant
ses rejets de chaleur vers la source chaude à l’aide d’une pompe à chaleur
réversible ?
https://thermodynamique.fr – CC-by-sa Olivier Cleynen