Chapitre 2
49
En revanche, pendant les évolutions rapides, à chaque trajet la pression
finale est plus grande que ce qu’elle aurait été pendant un trajet lent :
Ainsi, la pression s’élève progressivement sur le diagramme pressionvolume : l’excédent de travail investi pendant les compressions, et le
défaut de travail récupéré pendant la détente, se traduisent par une
augmentation de l’énergie interne du gaz, dont la température augmente
continuellement.
2.4.4 La réversibilité
Prenons quelques instants pour réfléchir sur ce que nous venons de décrire.
À chaque fois que nous comprimons un fluide « trop vite », il se passe
quelque chose qui nous empêche de récupérer notre travail.
Du point de vue de l’ingénieur/e, une évolution lente est un cas limite : celui
où les dissipations sont minimisées. Par exemple, le travail qu’il faut investir
pour comprimer un gaz jusqu’à 10 bar est minimal lorsque la compression
est réversible. De même, une turbine dans laquelle la détente est réversible
extraira le maximum de travail d’un fluide comprimé. Et au contraire, dans
un amortisseur automobile, on rend les évolutions très irréversibles pour
qu’il fournisse lors du chemin retour un travail plus faible qu’à l’aller.
« D’où vient l’irréversibilité ? elle
ne vient pas des lois de Newton. Si nous
partons de l’idée que le comportement
de toutes choses doit être en définitive compris en termes des lois de la
physique et s’il apparaît également que
toutes les équations ont cette propriété
fantastique d’avoir une autre solution
[valide] lorsque nous remplaçons í µí±¡ par
−í µí±¡, alors chaque phénomène est réversible. Comment se fait-il alors que dans
la nature, à une grande échelle, les
choses ne soient pas réversibles ? »
Richard Feynman, 1963
The Feynman Lectures on Physics
[30, 35]
Du point de vue de la physique, le phénomène d’irréversibilité est fascinant.
En effet, nous partons de collisions de molécules, un phénomène tout à fait
réversible, pour fabriquer une transformation irréversible : une évolution
qui ne va que dans un sens ! Pour ramener le gaz dans l’état où il était avant
de le comprimer brutalement, nous sommes obligés de lui prendre de la
chaleur. Il est surprenant que sans aller à l’encontre des lois de Newton,
nous ayons créé une situation où on ne peut pas revenir en arrière en « faisant l’inverse ». Existe-t-il d’autres transformations irréversibles ? Peut-on
quantifier l’irréversibilité ? Nous tenterons de répondre à ces questions dans
les chapitres 7 (le second principe) et 8 (l’entropie).
En attendant, nous admettrons qu’il faut respecter trois conditions pour
qu’une évolution soit réversible :
https://thermodynamique.fr – CC-by-sa Olivier Cleynen
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En revanche, pendant les évolutions rapides, à chaque trajet la pression
finale est plus grande que ce qu’elle aurait été pendant un trajet lent :
Ainsi, la pression s’élève progressivement sur le diagramme pressionvolume : l’excédent de travail investi pendant les compressions, et le
défaut de travail récupéré pendant la détente, se traduisent par une
augmentation de l’énergie interne du gaz, dont la température augmente
continuellement.
2.4.4 La réversibilité
Prenons quelques instants pour réfléchir sur ce que nous venons de décrire.
À chaque fois que nous comprimons un fluide « trop vite », il se passe
quelque chose qui nous empêche de récupérer notre travail.
Du point de vue de l’ingénieur/e, une évolution lente est un cas limite : celui
où les dissipations sont minimisées. Par exemple, le travail qu’il faut investir
pour comprimer un gaz jusqu’à 10 bar est minimal lorsque la compression
est réversible. De même, une turbine dans laquelle la détente est réversible
extraira le maximum de travail d’un fluide comprimé. Et au contraire, dans
un amortisseur automobile, on rend les évolutions très irréversibles pour
qu’il fournisse lors du chemin retour un travail plus faible qu’à l’aller.
« D’où vient l’irréversibilité ? elle
ne vient pas des lois de Newton. Si nous
partons de l’idée que le comportement
de toutes choses doit être en définitive compris en termes des lois de la
physique et s’il apparaît également que
toutes les équations ont cette propriété
fantastique d’avoir une autre solution
[valide] lorsque nous remplaçons í µí±¡ par
−í µí±¡, alors chaque phénomène est réversible. Comment se fait-il alors que dans
la nature, à une grande échelle, les
choses ne soient pas réversibles ? »
Richard Feynman, 1963
The Feynman Lectures on Physics
[30, 35]
Du point de vue de la physique, le phénomène d’irréversibilité est fascinant.
En effet, nous partons de collisions de molécules, un phénomène tout à fait
réversible, pour fabriquer une transformation irréversible : une évolution
qui ne va que dans un sens ! Pour ramener le gaz dans l’état où il était avant
de le comprimer brutalement, nous sommes obligés de lui prendre de la
chaleur. Il est surprenant que sans aller à l’encontre des lois de Newton,
nous ayons créé une situation où on ne peut pas revenir en arrière en « faisant l’inverse ». Existe-t-il d’autres transformations irréversibles ? Peut-on
quantifier l’irréversibilité ? Nous tenterons de répondre à ces questions dans
les chapitres 7 (le second principe) et 8 (l’entropie).
En attendant, nous admettrons qu’il faut respecter trois conditions pour
qu’une évolution soit réversible :
https://thermodynamique.fr – CC-by-sa Olivier Cleynen