Thermodynamique

Thermodynamique
On peut définir la thermodynamique de deux façons simples : la science de la chaleur et des machines thermiques ou la science
des grands systèmes en équilibre. La première définition est aussi la première dans l'histoire. La seconde est venue ensuite, grâce
aux travaux pionniers de Ludwig Boltzmann.
Avec la physique statistique, dont elle est désormais une partie, la thermodynamique est l'une des grandes théories sur lesquelles
se fonde la compréhension actuelle de la matière.
Sommaire
Histoire de la thermodynamique
Étude des propriétés de la chaleur et des
machines thermiques
Chaleur et température
Machines thermiques
Exemples
Science des grands systèmes en équilibre
Principes
Grandeurs extensives et intensives
Notes et références
Voir aussi
Articles connexes
Liens externes
Système thermodynamique typique : la chaleur se
déplace du chaud vers le froid et le travail est extrait.
Bibliothèque virtuelle
Bibliographie
Vulgarisation
Ouvrages de référence
Initiation à la physique statistique
Niveau second cycle universitaire
Aspects historiques
Histoire de la thermodynamique
Étude des propriétés de la chaleur et des machines thermiques
Les notions de chaleur et de température sont les plus fondamentales de la thermodynamique. Il est possible de définir la
thermodynamique comme la science de tous les phénomènes qui dépendent de la température et de ses changements.
Chaleur et température
Chacun a une connaissance intuitive de la notion de température. Un corps est chaud ou froid, selon que sa température est plus
ou moins élevée. Mais une définition précise est plus difficile. L’un des grands succès de la thermodynamique classique au
e
XIX
siècle est d'avoir donné une définition de la température absolue d’un corps, qui a mené à la création de l'échelle kelvin.
Celle-ci donne la température minimale pour tous les corps : zéro kelvin, soit −273,15 °C. Il s'agit du zéro absolu, dont le concept
apparaît pour la première fois en 1702 avec le physicien français Guillaume Amontons.
La chaleur est plus difficile à définir. Une ancienne théorie, défendue notamment par Lavoisier, attribuait à un fluide spécial
(invisible, impondérable ou presque) les propriétés de la chaleur, le calorique, qui circulerait d’un corps à un autre. Plus un corps
est chaud, plus il contiendrait de calorique. Cette théorie est fausse au sens où le calorique ne peut pas être identifié à une quantité
physique conservée. La thermodynamique définit la chaleur comme un transfert d'énergie désordonnée d'un système vers le
milieu extérieur. En effet l'énergie thermique correspond à l'énergie cinétique de molécules se déplaçant et subissant des chocs de
manière aléatoire (appelés mouvement brownien). L'énergie transférée est dite désordonnée au niveau microscopique, par
opposition au transfert d'énergie ordonnée au niveau macroscopique réalisé par le biais d'un travail.
Machines thermiques
La thermodynamique classique a pris son essor comme science des machines thermiques ou science de la puissance motrice du
feu.
Sadi Carnot a initié les études modernes des machines thermiques dans un mémoire fondateur, Réflexions sur la puissance
motrice du feu et sur les machines propres à développer cette puissance (1824). Le cycle de Carnot, étudié dans ce mémoire, reste
le principal exemple théorique d’étude des machines thermiques. Plutôt que « puissance motrice », on dit aujourd’hui que les
machines thermiques fournissent un travail, et on s’interroge sur la façon d’utiliser la chaleur pour produire du travail continu.
La chaleur est produite par le mouvement des corps macroscopiques. Il suffit de frotter ses mains pour s’en rendre compte.
Inversement, la chaleur peut mettre des corps macroscopiques en mouvement. On peut les appeler des machines à feu ou
machines thermiques. Dans un système macroscopique, elles conservent leur mouvement tant qu’une différence de température
entre une partie chaude et une partie froide est maintenue.
Exemples
Cette section présente quelques exemples où la puissance thermique joue un rôle.
Une bougie allumée met en mouvement l’air qui l’entoure. Un courant ascendant est créé au-dessus de la
flamme. Il est perpétuellement renouvelé par un courant d’air froid arrivant par en dessous. On peut les
observer dans une pièce calme avec une plume de duvet ou en approchant une autre flamme. Il s'agit d'un
courant de convection.
L’eau dans une casserole sur le feu se met en mouvement comme l’air au-dessus de la bougie et comme tous
les fluides au-dessus de surfaces suffisamment chaudes. Si on met un couvercle, un nouveau phénomène se
produit. La vapeur soulève le couvercle, qui retombe ensuite pour être à nouveau soulevé, sans cesse jusqu’à
épuisement du feu ou de l'eau, donc de la production de vapeur. On raconte que l’invention des machines à
vapeur est liée à cette simple observation que l'on peut faire dans toutes les cuisines. Le mouvement du
couvercle est trop petit pour être intéressant. Il s’arrête aussitôt commencé, car la vapeur qui le pousse
s’échappe tout de suite. Mais si on remplace le couvercle par un piston dans un cylindre, on obtient un
système avec piston qui peut être poussé par la vapeur ou tout autre gaz sur une longue course. Les
machines à vapeur et les moteurs thermiques ne sont pas toujours construits sur le principe du piston et du
cylindre. Les autres solutions ne sont pas très différentes. On peut considérer que l’expérience du couvercle
de la casserole est à l’origine des inventions de tous les moteurs thermiques.
Avant les travaux de Sadi Carnot, les hommes connaissaient la turbine à vapeur. Elle se compose d'une boule
de métal en rotation sur un axe. L’eau qu’elle contient est chauffée par en dessous. Deux jets de vapeur
tangentiels et opposés mettent alors la boule en mouvement. Ce système n’a pas été amélioré avant les
temps modernes. Les réacteurs des avions d’aujourd’hui (turbines à gaz) fonctionnent en grande partie sur le
même principe que cet ancêtre de la turbine.
La puissance motrice du feu a été beaucoup plus développée pour
faire des armes. La balle, l’obus, ou tout autre projectile, est
poussé dans le canon par un gaz très chaud produit par la
combustion de la poudre ou de tout autre explosif. Le canon forme
un cylindre dans lequel circule un projectile qui joue le rôle du
piston.
Les fluides de la surface terrestre, l’atmosphère et les océans,
sont mis en mouvement par la chaleur du Soleil. Pour les océans,
la gravitation joue aussi un rôle dans les marées. La puissance du
vent est donc une forme de la puissance motrice du feu.
Science des grands systèmes en équilibre
Définir la thermodynamique comme la science de l’équilibre des grands
systèmes est une approche à la fois très rigoureuse et très générale.
Équilibre statistique et loi des grands nombres
Si l’on jette un même dé, bien équilibré, un grand nombre de fois, on est sûr par
avance que les fréquences d’apparition de chacune des faces seront proches d'un
sixième. Plus le nombre de lancers est grand, plus les fréquences sont égales
L'Éolipyle d'Héron d'Alexandrie
parce que le dé « explore » également toutes les possibilités qui lui sont offertes.
La même chose se produit si on verse une goutte de colorant dans un verre d’eau. Si on attend assez longtemps, le verre est
devenu uniformément coloré parce que toutes les molécules ajoutées « explorent » également toutes les possibilités, les régions à
l’intérieur du verre, qui leur sont offertes.
Ces observations peuvent être généralisées. Lorsqu’un système est très grand, et lorsqu’il y a un sens à parler de l’équilibre du
système, on peut prédire avec certitude la destinée de l’ensemble alors même que les destinées des nombreux individus sont
imprévisibles.
Petitesse des atomes
On sait aujourd’hui que les atomes, très petits, existent. Dans chaque échantillon de matière, il y a un très grand nombre
d’atomes, par exemple des milliards de milliards dans un minuscule grain de sable. La physique des corps macroscopiques est
donc toujours une physique des grands systèmes.
Équilibres thermiques
L’étude des équilibres thermiques a une immense portée. Toutes les formes de la matière (gaz, liquides, solides, semi-fluides...) et
tous les phénomènes physiques (mécaniques, électriques et magnétiques, optiques...) peuvent être étudiés en raisonnant sur
l’équilibre des grands systèmes. La thermodynamique, que l’on identifie alors plutôt à la physique statistique, est une des bases
les plus solides sur laquelle est édifiée notre compréhension de la matière.
Principes
Les deux principes les plus importants sont le premier et le second. On leur en ajoute parfois deux autres (principes zéro et
troisième).
Le principe zéro de la thermodynamique concerne la notion d'équilibre thermique et est à la base de la
thermométrie. Si deux systèmes sont en équilibre thermique avec un troisième, alors ils sont aussi ensemble
en équilibre thermique.
Le premier principe de la thermodynamique, ou principe de conservation de l'énergie, affirme que l'énergie est
1
toujours conservée. Autrement dit, l’énergie totale d’un système isolé reste constante . Les événements qui
s’y produisent ne se traduisent que par des transformations de certaines formes d’énergie en d’autres formes
d’énergie. L’énergie ne peut donc pas être produite ex nihilo ; elle est en quantité invariable dans la nature.
Elle ne peut que se transmettre d’un système à un autre. On ne crée pas l’énergie, on la transforme.
Ce principe est aussi une loi générale pour toutes les théories physiques (mécanique, électromagnétisme,
physique nucléaire...) On ne lui a jamais trouvé la moindre exception, bien qu'il y ait parfois eu des doutes,
notamment à propos des désintégrations radioactives. On sait depuis le théorème de Noether que la
conservation de l'énergie est étroitement reliée à une uniformité de structure de l'espace-temps.
Elle rejoint un principe promu par Lavoisier : « Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme ».
Le deuxième principe de la thermodynamique, ou principe d'évolution des systèmes, affirme la dégradation de
l'énergie : l'énergie d'un système passe nécessairement et spontanément de formes concentrées et
potentielles à des formes diffuses et cinétiques (frottement, chaleur, etc.) Il introduit ainsi la notion
d'irréversibilité d'une transformation et la notion d'entropie. Il affirme que l'entropie d'un système isolé
augmente, ou reste constante.
Ce principe est souvent interprété comme une « mesure du désordre » et comme l'impossibilité du passage du
« désordre » à l'« ordre » sans intervention extérieure. Cette interprétation est fondée sur la théorie de
l'information de Claude Shannon et la mesure de cette « information » ou entropie de Shannon.
Ce principe a une origine statistique : à la différence du premier principe, les lois microscopiques qui
gouvernent la matière ne le contiennent qu'implicitement et de manière statistique. En revanche, il est assez
indépendant des caractéristiques mêmes de ces lois, car il apparaît également si l'on suppose des lois
simplistes à petite échelle.
Le troisième principe de la thermodynamique est associé à la descente vers son état quantique fondamental
d'un système dont la température s'approche d'une limite qui définit la notion de zéro absolu. En
thermodynamique classique ce principe sert, pour l'établissement de tables de données thermodynamiques,
au calcul de l'entropie molaire S d'un corps pur (par intégration sur la température, à partir de S = 0 à 0 K).
Grandeurs extensives et intensives
Les variables d'état sont des grandeurs (indépendantes) qui servent à définir le système et dont il suffit de fixer la valeur pour
reconstituer un système exactement identique. Parmi les grandeurs physiques qui déterminent l'état thermodynamique d'un
système, et peuvent donc servir de variable d'état, on distingue les variables extensives et intensives.
Un système peut toujours être divisé - par la pensée - en parties qui occupent des régions disjointes de l'espace.
Une variable d'état est extensive lorsque sa valeur pour le système entier est la somme de ses valeurs pour chacune de ses parties.
Exemples :
le volume
la masse
le nombre de particules d'une espèce déterminée
l'énergie et l'entropie - dans de nombreux cas
la charge électrique (il faut alors entendre somme au sens de somme algébrique)
Une variable d'état est intensive lorsque dans un système homogène sa valeur est la même pour le système entier et pour chacune
de ses parties. Exemples :
la pression
la température
la masse volumique, l'énergie par unité de volume, ou de masse dans de nombreux cas, et tout quotient de
deux grandeurs extensives
Une grandeur physique peut aussi n'être ni extensive ni intensive, le carré du volume par exemple.
Les grandeurs extensives sont proportionnelles à la quantité de matière : volume, énergie interne, enthalpie, etc. Les grandeurs
intensives sont indépendantes de la quantité de matière : pression, température, viscosité, etc.
Notes et références
1. ceci est vrai tant qu'il ne se produit pas un phénomène d'équivalence masse-énergie E=m.c² ou bien encore en
disant que la masse est de l'énergie.
Voir aussi
Articles connexes
Transfert thermique
Diagramme de phase
Entropie
Néguentropie
Théorie cinétique des gaz
Processus isobare et Processus monobare
Processus adiabatique
Thermochimie
Histoire de la thermodynamique et de la physique
statistique
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thermodynamique, sur le Wiktionnaire
Introduction à la thermodynamique, sur Wikiversity
Thermodynamique, sur Wikibooks
Liens externes
Cours universitaire de thermodynamique (https://thermodynamique.ninja/)
Thermodynamique : comprendre les calculs d'intégration le long des chemins (http://www.isima.fr/~leborgne/Isi
mathMeca/Thermo.pdf)
Bibliothèque virtuelle
Roger Balian, Physique fondamentale et énergétique : les multiples visages de l'énergie (http://www-spht.cea.f
r/articles/t01/125/) : cours donné par l'auteur (Service de Physique Théorique du CEA, Saclay) à la première
École d'Été « e2phy » : L'énergie sous toutes ses formes : données scientifiques, contraintes, enjeux, 27-30
août 2001, Site universitaire de Caen.
Roger Balian, Entropie, information : un concept protéiforme (http://www-spht.cea.fr/articles/t00/158/) : texte
d'une conférence donnée par l'auteur (Service de Physique Théorique du CEA, Saclay) à l'Université de tous
les savoirs (239e conférence : Les États de la matière, 26 août 2000, Conservatoire National des Arts et
Métiers, Paris, vidéo de la conférence (http://www.canalu.tv/index.php/canalu/producteurs/universite_de_tous_les_savoirs/dossi
er_programmes/les_conferences_de_l_annee_2000/chimie_minerale/thermodynamique_le_concept_d_energie_et_ses_vicissitud
es_roger_balian)). Publiée par Yves Michaud (éditeur) ; Université de tous les savoirs (Vol. 4), Odile Jacob (2001)
p. 947-959 / Repris en édition de poche : Université de tous les savoirs (Vol. 17), Poches Odile Jacob (2002)
p. 205-220
Roger Balian, Le temps macroscopique (http://www-spht.cea.fr/articles/t94/009/) : texte d'une remarquable
conférence sur l'irréversibilité et l'entropie donnée par l'auteur (Service de Physique Théorique du CEA,
Saclay) lors du premier colloque « Physique et interrogations fondamentales » : Le Temps et sa Flèche
organisé par la Société Française de Physique le 8 décembre 1993 à Paris. Publié par : Étienne Klein & Michel
Spiro (éditeurs) ; Le Temps et sa Flèche, Les Éditions Frontières (1994) p. 155-211. Repris en poche par
Flammarion, Collection Champs (1995).
Roger Balian, Entropy, a Protean Concept (http://www-spht.cea.fr/articles/t03/193/) : texte (en anglais) d'une
conférence introductive donnée par l'auteur (Service de Physique Théorique du CEA, Saclay) au séminaire
Poincaré du 6 décembre 2003 consacré à l'entropie. Publié dans : J. Dalibard, B. Duplantier et V. Rivasseau
(eds.) ; Poincaré seminar 2003, Progress in Mathematical Physics 38, Birkhäuser (2004) 119-144.
(histoire des sciences) le texte fondateur de Sadi Carnot (1824), extrait en ligne et commenté sur le site
BibNum (http://www.bibnum.education.fr/Physique/R%C3%A9flexions-sur-la-puissance-motrice-du-feu-et-sur-l
es-machines-propres-%C3%A0-d%C3%A9velopper-cette-puissance).
Bibliographie
Vulgarisation
Bernard Brunhes, La dégradation de l'énergie., Paris, E. Flammarion, coll. « Bibliothèque de philosophie
scientifique », 1908 (réimpr. éd. Flammarion, coll. Champs n°251, 1991), 394 p.
(OCLC 6492528 (https://worldcat.org/oclc/6492528&lang=fr)).
Bernard Diu, Les atomes existent-ils vraiment, Paris, O. Jacob, coll. « Sciences », 1997, 321 p.
(ISBN 978-2-738-10421-2, notice BnF no FRBNF35862414 (https://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb35862414z.public)).
Philippe Depondt, L'entropie et tout ça : le roman de la thermodynamique, Paris, Cassini, coll. « Le Sel et le
Fer », 2001, 311 p. (ISBN 978-2-842-25044-7).
P. W. Atkins (trad. F. Gallet), Chaleur et désordre : le deuxième principe de la thermodynamique, Paris, Pour la
Science Diffusion Belin, coll. « Univers des Sciences », 1987, 214 p. (ISBN 978-2-902-91840-9,
OCLC 20448357 (https://worldcat.org/oclc/20448357&lang=fr)). Par le célèbre professeur de Chimie-Physique de
l'Université d'Oxford, un remarquable ouvrage de vulgarisation de la thermodynamique des points de vue
macroscopique et microscopique. Niveau premier cycle universitaire.
Ouvrages de référence
Pierre Infelta et Michael Graetzel, Thermodynamique principes et applications, Boca Raton, Brown Walker
Press, 2006 (réimpr. 2010), 454 p. (ISBN 978-1-581-12995-3,
OCLC 690405121 (https://worldcat.org/oclc/690405121&lang=fr)). Cours niveau bac+1 à bac+3. Problèmes avec
solutions. Avec Thermodynamique statistique. (ISBN 1-58112-994-7) (livre électronique, ebook).
Georges Gonczi, Comprendre la thermodynamique : cours avec exercices résolus et commentés : niveau L,
Paris, Ellipses, coll. « Physique-LMD, Universités-Écoles d'ingénieurs », 2005, 260 p. (ISBN 978-2-729-82363-4,
OCLC 70812214 (https://worldcat.org/oclc/70812214&lang=fr)). Cours au niveau bac+1 ou bac+2 avec exercices
résolus et commentés.
Georges Bruhat, A Kastler, R Vichnievsky et al., Cours de physique générale: a l'usage de l'enseignement
supérieur scientifique et technique, Paris, Masson, 1968, 6e éd., 887 p.. Georges Bruhat, mort en déportation
durant la Seconde Guerre mondiale, était Directeur du Laboratoire de Physique de l'École normale supérieure
de la rue d'Ulm. Ce cours de référence, devenu un « classique », est accessible à partir du premier cycle
universitaire. Cette 6e édition a été revue et augmentée par Alfred Kastler, prix Nobel de physique 1966 pour
ses travaux en physique atomique, notamment sur le pompage optique (utile au développement des lasers).
Yves Rocard, Thermodynamique., Paris, Masson, 1967, 2e éd. (1re éd. 1952), 551 p.
(OCLC 6501602 (https://worldcat.org/oclc/6501602&lang=fr), lire en ligne (http://www.worldcat.org/title/thermodynamique/oclc/6501
602&referer=brief_results)). Père de l'ancien premier ministre Michel Rocard, l'auteur prit, après la Seconde
Guerre mondiale, la suite de Georges Bruhat comme directeur du Laboratoire de Physique de l'École normale
supérieure de la rue d'Ulm. Cet autre cours de référence, devenu également un « classique », est accessible à
partir du premier cycle universitaire.
Prigogine et Isabelle Stengers, La nouvelle alliance : métamorphose de la science, Paris, Gallimard,
coll. « Folio/essais » (no 26), 1986, 439 p. (ISBN 978-2-070-32324-1 et 2-070-32324-2,
OCLC 300154208 (https://worldcat.org/oclc/300154208&lang=fr), notice BnF
no FRBNF34875644 (https://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb348756447.public)), p. 400. Histoire de la naissance de la
thermodynamique et du concept d'entropie et d'irréversibilité en physique.
Initiation à la physique statistique
Frederic Reif, Physique statistique, Cours de Physique de Berkeley (vol. 5), Armand Colin (1972) 398 pp.
réédité par Dunod. Ce volume 5 du célèbre Cours de Physique de Berkeley des années 1960 est un
incontournable. Introduction accessible à un étudiant du premier cycle universitaire.
Bernard Jancovici, Thermodynamique et physique statistique, Ediscience (1969) 186 pp. Réédité (sans les
exercices) par Nathan Université dans sa collection 128 Sciences (1996) 128 pp. L'auteur, professeur de
Physique Théorique de l'Université de Paris Sud-Orsay, a longtemps enseigné la Physique Statistique à
l'E.N.S. Ulm (M.I.P. & D.E.A. de Physique Théorique). Ce petit ouvrage est un cours d'introduction à la
thermodynamique via la physique statistique élémentaire. Niveau premier cycle universitaire.
Percy W. Bridgman, The Nature of Thermodynamics, Harvard University Press (1941) 230 pp. Réflexions sur
le sens des 2 principes de la thermodynamique. L'auteur, Bridgman, a reçu le prix Nobel de physique 1946
pour ses travaux sur les fortes pressions. Ce livre contient quelques équations, accessible au niveau du
premier cycle universitaire.
(en) Mark W. Zemansky et Richard H. Dittman, Heat and thermodynamics : an intermediate textbook,
Auckland Singapore, McGraw-Hill, 1981, 6e éd. (1re éd. 1937), 544 p. (ISBN 978-0-070-66647-4,
OCLC 450205456 (https://worldcat.org/oclc/450205456&lang=fr)). La première moitié de ce volume est un cours de
thermodynamique purement macroscopique selon une approche expérimentale : le point de départ est le
concept de température usuelle. Ce livre constitue une mine d'applications. Cette première partie de l'ouvrage
est accessible au niveau du premier cycle universitaire. (La seconde moitié du livre est consacrée à l'approche
de la thermodynamique via la physique statistique. Cette partie est plutôt du niveau du second cycle
universitaire.)
(en) Herbert B. Callen, Thermodynamics and an introduction to thermostatistics, New York, John Wiley &
Sons, 1985, 2e éd., 493 p. (ISBN 978-0-471-86256-7 et 978-0-471-61056-4,
OCLC 11916089 (https://worldcat.org/oclc/11916089&lang=fr)). Ce livre est le compagnon idéal de l'ouvrage précédent.
En effet, la première partie (2/3) de ce volume est un cours de thermodynamique purement macroscopique
selon une approche axiomatique : les postulats sont énoncés dès le premier chapitre, le concept de
température en est déduit au chapitre suivant. Cette première partie de l'ouvrage est accessible au niveau du
premier cycle universitaire, quoique certains développements formels soient d'un niveau plus élevé. (La
seconde partie (1/3) du livre est consacrée à l'approche de la thermodynamique via la physique statistique.
Cette partie est plutôt du niveau du second cycle universitaire.)
Ryogo Kubo, Thermodynamics, John Wiley & Sons (1960) pp. Ouvrage classique de thermodynamique.
Niveau second cycle universitaire.
A.B. Pippard, Elements of Classical Thermodynamics - For Advanced Students of Physics, Cambridge
University Press (1957) 173 pp. Réédition : avril 2004) (ISBN 0-521-09101-2). Niveau second cycle universitaire.
Niveau second cycle universitaire
Bernard Diu, Claudine Guthmann, Danielle Lederer et al., Éléments de physique statistique, Paris, Hermann,
2014, 1028 p. (ISBN 978-2-705-68531-7, OCLC 892826767 (https://worldcat.org/oclc/892826767&lang=fr)).
Roger Balian, Du microscopique au macroscopique : cours de physique statistique de l'École polytechnique,
Palaiseau Paris, École polytechnique Ellipses, 1982, 639 p., 2 vol. (ISBN 978-2-729-89000-1 et 978-2-729-89001-8).
Un beau cours de physique statistique, qui s'appuie sur la connaissance préalable de la Mécanique quantique.
Une version révisée et beaucoup plus détaillée, comprenant des chapitres sur la thermodynamique hors
équilibre et la cinétique, a été publiée en anglais en 2 volumes sous le titre From microphysics to
macrophysics : methods and applications of statistical physics (Springer Verlag, 2007). Roger Balian,
chercheur au Service de Physique Théorique du CEA (Saclay), est membre de l'Académie des Sciences.
Niveau second cycle universitaire.
(en) Frederic Reif, Fundamentals of statistical and thermal physics, New York, McGraw-Hill, 1965, 651 p.
(ISBN 978-0-070-51800-1). Ouvrage classique de physique statistique. Niveau second cycle universitaire.
(en) Linda E. Reichl, A modern course in statistical physics, New York, John Wiley & Sons, 1998, 2e éd.,
822 p. (ISBN 978-0-471-59520-5). Un ouvrage moderne déjà classique. Linda Reichl est professeur de physique
statistique à l'Université d'Austin, Texas (USA). Niveau second cycle universitaire.
(en) Kerson Huang (en), Statistical mechanics, New York, John Wiley & Sons, 1987, 2e éd., 493 p.
(ISBN 978-0-471-81518-1 et 978-0-471-85913-0). Ouvrage classique de physique statistique. Niveau second cycle
universitaire.
(en) Ryōgo Kubo, Hiroshi Ichimura, Tsunemaru Usui et Natsuki Hashitsume, Statistical mechanics : an
advanced course with problems and solutions, Amsterdam New York, North Holland, coll. « personal library »,
1988 (1re éd. 1965), 425 p. (ISBN 978-0-444-87103-9). Ouvrage classique de physique statistique. Niveau second
cycle universitaire.
(en) Alexandre Khintchine (trad. G. Gamow), Mathematical foundations of statistical mechanics
[« Matematicheskie osnovanii︠a
︡ statisticheskoĭ mekhaniki »], New York, Dover Publications, 1949
(ISBN 978-0-486-60147-2). Ouvrage classique sur les fondements de la physique statistique, notamment
l'hypothèse ergodique. Niveau second cycle universitaire.
Aspects historiques
Anouk Barberousse, La Mécanique statistique. De Clausius à Gibbs, coll. « Histoire des sciences », Belin,
2002, 240 p. (ISBN 2-7011-3073-5).
Cette collection originale propose une histoire du développement de la théorie cinétique des gaz basée
sur des extraits des grands textes fondateurs (traduits en français) mis en perspective contemporaine par
une historienne des sciences (C.N.R.S.). Accessible dès le niveau premier cycle universitaire.
(en) Stephen G. Brush (de), The Kind of Motion we call Heat - A History of the Kinetic Theories of Gases in
the 19th Century (2 vols.), North-Holland, 1976. vol. 1 : Physics and the Atomists (ISBN 0-444-87008-3), 300 p.
vol. 2 : Statistical Physics and Irreversible Processes (ISBN 0-444-87009-1), 470 p.
Histoire érudite du développement de la théorie cinétique des gaz, par un professeur de mécanique des
fluides de l'université du Maryland. Après une courte introduction générale (partie A), le premier volume
adopte ensuite une approche classée par auteur (partie B). Le second volume (partie C) discute plus
spécifiquement certains problèmes, et se termine par une bibliographie (partie D) qui renvoie à la
littérature originale. Accessible dès le niveau premier cycle universitaire.
(en) Carlo Cercignani, Ludwig Boltzmann : the man who trusted atoms, Oxford New York, Oxford University
Press, 1998, 329 p. (ISBN 978-0-198-50154-1 et 978-0-198-57064-6,
OCLC 38910156 (https://worldcat.org/oclc/38910156&lang=fr)).
Biographie scientifique de Boltzmann, par un professeur de physique mathématique de l'université de
Milan, spécialiste de l'équation de Boltzmann. Niveau plutôt second cycle universitaire.
(en) Paul Ehrenfest et Tatiana Ehrenfest, The conceptual foundations of the statistical approach in mechanics,
New York, Dover Publications, 1990, 114 p. (ISBN 978-0-486-66250-3, lire en ligne (http://www.worldcat.org/title/conceptua
l-foundations-of-the-statistical-approach-in-mechanics/oclc/830951892/viewport)).
Réédition d'un article classique paru initialement en 1912 (en allemand). Niveau second cycle
universitaire. Il existe une version française de ce texte, parue en 1915, dans le tome IV (Mécanique) de
l'Encyclopédie des sciences mathématiques pures et appliquées, dont l'intitulé exact est le suivant :
« Exposé, d'après l'article allemand de P. Ehrenfest et T. Ehrenfest (Leyde) par E. Borel (Paris) ».
Réédition Jacques Gabay, 1991 (ISBN 2-87647-114-0).
(en) Peter M. Harman, Energy, Force & Matter - The Conceptual Developpments of 19th Century Physics,
Cambridge University Press, 1982.
Histoire du développement de la physique au XIXe siècle par un professeur d'histoire des sciences de
l'université de Lancaster. Accessible dès le niveau premier cycle universitaire.
(en) Peter M. Harman, The Natural Philosophy of James-Clerk Maxwell, Cambridge University Press, 1998,
232 p. (ISBN 0-521-00585-X).
La philosophie naturelle de Maxwell, fondateur de la théorie de l'électrodynamique et auteur d'importantes
contributions en théorie cinétique des gaz, par un responsable de l'édition des œuvres scientifiques du
maître. Accessible dès le niveau premier cycle universitaire.
Robert Locqueneux, Préhistoire et histoire de la thermodynamique classique (une histoire de la chaleur),
Cahiers d'histoire et de philosophie des sciences, no 45, Société française d'histoire des sciences et des
techniques, décembre 1996, 333 p. (ISSN 0221-3664 (http://worldcat.org/issn/0221-3664&lang=fr)).
Essai sur les théories de la chaleur aux XVIIIe et XIXe siècles. Niveau premier cycle universitaire.
Jean-Pierre Maury, Carnot et la machine à vapeur, Paris, PUF, coll. « Philosophies », 1986, 127 p.
(ISBN 978-2-130-39880-6, OCLC 416641388 (https://worldcat.org/oclc/416641388&lang=fr), notice BnF
no FRBNF34905835 (https://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb34905835j.public)).
Histoire du développement des machines à vapeur depuis leur naissance au XVIIe siècle jusqu'aux travaux
théoriques de Carnot (Réflexions sur la puissance motrice du feu - 1824) qui posent les fondements de la
thermodynamique. Niveau premier cycle universitaire.
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