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Chapitre 7
Figure 7.7 – Démonstration par l’absurde du fait que le meilleur moteur possible est
réversible. Un hypothétique moteur (à gauche) qui aurait une plus grande efficacité
qu’un réfrigérateur réversible (à droite) pourrait simplement alimenter ce dernier.
Ainsi, on obtiendrait un flux net spontané de chaleur (de 100 W) depuis la source
froide vers la source chaude, sans apport net de travail : d’après le second principe,
c’est impossible.
Schéma CC-0 Olivier Cleynen
7.3.3 Élaboration du cycle de Carnot
« Mais pour tirer des machines à
haute pression des résultats vraiment
avantageux, il faut que la chute du calorique y soit mise à profit le mieux
possible. Il ne suffit pas que la vapeur
prenne naissance à une température
élevée : il faut encore que par l’extension de son volume elle arrive à une
température assez basse. Le caractère
d’une bonne machine à vapeur doit
donc être non seulement d’employer
la vapeur sous une forte pression, mais
de l’employer sous des pressions successives très-variables, très-différentes les
unes des autres, et progressivement décroissantes. »
Sadi Carnot, 1824 [4]
Nous avons donc vu que l’efficacité maximale d’une machine est atteinte
lorsque son fonctionnement est réversible. À partir de ce constat, Carnot
raisonne de la façon suivante :
1. Toutes les machines thermiques fonctionnent avec la dilatation et la
contraction d’un corps soumis alternativement à deux températures ;
2. Pour qu’ils soient réversibles, c’est-à-dire pour pouvoir être effectués
dans le sens inverse, tous les transferts de chaleur doivent être effectués
avec des différences de température infinitésimales : ces transformations seront alors isothermes ;
3. Pour qu’elles soient réversibles, les phases où le corps change de température (pour passer d’un réservoir de chaleur à un autre) doivent
se faire sans transfert de chaleur : ces transformations seront alors
adiabatiques.
4. Pour permettre un retour en arrière avec chaque évolution, il faut
qu’elles soient toutes réversibles (infiniment lentes).
L’essentiel est dit. Carnot vient ici de dessiner un cycle thermodynamique
théorique, composé de deux évolutions isothermes et deux évolutions adiabatiques. Il n’a pas eu besoin de quantifier le moindre transfert ; et ne s’est
pas encore soucié du moindre détail technologique. Pourtant, il est certain
Thermodynamique de l’ingénieur par Olivier Cleynen
Chapitre 7
Figure 7.7 – Démonstration par l’absurde du fait que le meilleur moteur possible est
réversible. Un hypothétique moteur (à gauche) qui aurait une plus grande efficacité
qu’un réfrigérateur réversible (à droite) pourrait simplement alimenter ce dernier.
Ainsi, on obtiendrait un flux net spontané de chaleur (de 100 W) depuis la source
froide vers la source chaude, sans apport net de travail : d’après le second principe,
c’est impossible.
Schéma CC-0 Olivier Cleynen
7.3.3 Élaboration du cycle de Carnot
« Mais pour tirer des machines à
haute pression des résultats vraiment
avantageux, il faut que la chute du calorique y soit mise à profit le mieux
possible. Il ne suffit pas que la vapeur
prenne naissance à une température
élevée : il faut encore que par l’extension de son volume elle arrive à une
température assez basse. Le caractère
d’une bonne machine à vapeur doit
donc être non seulement d’employer
la vapeur sous une forte pression, mais
de l’employer sous des pressions successives très-variables, très-différentes les
unes des autres, et progressivement décroissantes. »
Sadi Carnot, 1824 [4]
Nous avons donc vu que l’efficacité maximale d’une machine est atteinte
lorsque son fonctionnement est réversible. À partir de ce constat, Carnot
raisonne de la façon suivante :
1. Toutes les machines thermiques fonctionnent avec la dilatation et la
contraction d’un corps soumis alternativement à deux températures ;
2. Pour qu’ils soient réversibles, c’est-à-dire pour pouvoir être effectués
dans le sens inverse, tous les transferts de chaleur doivent être effectués
avec des différences de température infinitésimales : ces transformations seront alors isothermes ;
3. Pour qu’elles soient réversibles, les phases où le corps change de température (pour passer d’un réservoir de chaleur à un autre) doivent
se faire sans transfert de chaleur : ces transformations seront alors
adiabatiques.
4. Pour permettre un retour en arrière avec chaque évolution, il faut
qu’elles soient toutes réversibles (infiniment lentes).
L’essentiel est dit. Carnot vient ici de dessiner un cycle thermodynamique
théorique, composé de deux évolutions isothermes et deux évolutions adiabatiques. Il n’a pas eu besoin de quantifier le moindre transfert ; et ne s’est
pas encore soucié du moindre détail technologique. Pourtant, il est certain
Thermodynamique de l’ingénieur par Olivier Cleynen