Cours thermodynamique SAKER

Université des Sciences et de la Technologie D’Oran « Mohamed BOUDIAF »
Faculté de Chimie
Département de Génie des Matériaux
Destiné aux étudiants de 1ère année Génie des Procédés
Rachida OUARGLI-SAKER
2015-2016
Ministère De L’enseignement Supérieur Et De La Recherche Scientifique
COURS DE
THERMODYNAMIQUE
République Algérienne Démocratique Et Populaire

Avant propos :
Ce cours de thermodynamique est destiné aux étudiants de 1ère année
d’enseignement supérieur de spécialité génie des procédés et science de la
matière. Le premier chapitre introduit les notions fondamentales et les premières
définitions utilisées en thermodynamique, ainsi que l’énoncé du principe zéro.
Le deuxième chapitre développe les différentes formes d’énergie, leurs transferts
et l’énoncé du premier principe. Le troisième chapitre est consacré à la
thermochimie et l’application du premier principe de la thermodynamique en
chimie. Le quatrième et dernier chapitre présente le deuxième principe de la
thermodynamique, les notions et les différentes expressions de l’entropie, ainsi
qu’une introduction aux machines thermiques et les cycles thermodynamiques.
Cette présentation résulte de la lecture de nombreux ouvrages et documents dont
la plupart ne sont pas cités dans la bibliographie.

Tables des matières
CHAPITRE I : Notions fondamentales de la thermodynamique
I. 1. Introduction générale……………………………………………………………
01
I.1.1. Notion de la température……………………………………………………
02
I.1.2. Notion de la pression……………………………………………………….
03
I.1.3. Echange d’énergie………………………………………………………….
05
I.1.4. Unités……………………………………………………………………….
05
I.2. Systèmes thermodynamiques et états d’équilibre………………………………..
06
I.2.1. Définition du système……………………………………………………….
06
I.2.3. Evolution ou transformation du système…………………………………….
07
I.2.4. Equations d’état du système………………………………………………….
08
I.2.5. Représentations graphiques des évolutions du système……………………..
10
I.2.6. Fonctions d’état……………………………………………………………..
11
I.2.7. Principe zéro…………………………………………………………………
12
CHAPITRE II : Echanges d’énergie : travail, chaleur, énergie interne
II.1. Introduction……………………………………………………………………….
13
II.2. L’énergie interne (U)……………………………………………………………...
13
II.2.1. Propriétés de l’énergie interne………………………………………………
13
II.3. La chaleur (Q) …………………………………………………………………….
14
II.3.1. Chaleur sensible……………………………………………………………..
14
II.3.2. Chaleur latente………………………………………………………………
15
II.3.3. Calorimétrie…………………………………………………………………
16
II.4. Le travail (W)……………………………………………………………………..
19
II.5. Convention du signe d’énergie……………………………………………………
21
II.6. Le 1er principe de la thermodynamique…………………………………………...
22
II.6.1. Enoncé du 1er principe de la thermodynamique…………………………….
22
II.7. L’enthalpie H……………………………………………………………………..
23
II. 8. Capacité calorifique………………………………………………………………
24
II.9. Les transformations réversibles…………………………………………………...
26
II.9.1
.T ransformation isochore (à volume co ..................nstant) ......…………….....
26
II.9
.2. T ransformation isobare (à pression constante .....)…………………………...
27
II.9
.3. T ransformation isotherme (à température constante)……....………….…….
29
II.9
.4. T ransformation adiabatique (chaleur Q constante)………………....………..
30

CHAPITRE III : Thermochimie : Application du 1er principe à la chimie
III. 1. Etat standard et chaleur de réaction……………………………………………..
36
III. 2. Relation entre l’enthalpie et l’énergie interne d’une réaction chimique………...
38
III.3. Enthalpie standard de réaction……………………………………………………
39
III.4. Loi de HESS……………………………………………………………………..
40
III.5. Loi de KIRCHOFF………………………………………………………………
43
III.6. Energie de la liaison covalente…………………………………………………...
45
CHAPITRE IV : 2ème principe de la thermodynamique
IV.1. Introduction………………………………………………………………………
47
IV.2. Nécessité d’un deuxième principe………………………………………………..
47
IV.3. Enoncés du second principe……………………………………………………...
48
IV.3.1. Enoncé de CLAUSIUS………………………………………………………
48
IV.3.2. Enoncé de KELVIN…………………………………………………………
48
IV.3.3. Enoncé mathématique……………………………………………………….
49
IV.4. Notion d’entropie………………………………………………………………...
51
IV.5. Calcul de la variation d’entropie…………………………………………………
53
IV.5.1. Transformation isotherme réversible……………………………………….
53
IV.5.2. Transformation isobare réversible…………………………………………..
53
IV.5.3. Transformation isochore réversible…………………………………………
54
IV.5.4. Transformation adiabatique………………………………………………….
54
IV.5.5. Au cours d’un changement d’état……………………………………………
54
IV.6. Nouvelles expressions de l’entropie……………………………………………...
55
IV.7. La notion d’entropie créée………………………………………………………..
57
IV.8. La variation d’entropie lors d’une réaction chimique……………………………
60
IV. 9. L’enthalpie libre d’une réaction chimique………………………………………
60
IV.10. Les machines thermiques……………………………………………………….
62
IV.10.1. Machines thermodynamiques (T.D)………………………………………..
62
IV.10.2. Machines dynamo-thermiques (D.T)……………………………………..
63
IV.11. Cycles thermodynamiques……………………………………………………...
64
IV.11.1. Cycle de Carnot…………………………………………………………..
65
IV.11.2. Cycle de Beau Rochas (OTTO)…………………………………………..
66
IV.11.3. Cycle de Diesel……………………………………………………………
66
IV.11.4. Cycle de Rankine…………………………………………………………
67
IV.11.5. Cycle de Stirling…………………………………………………………..
68
Références bibliographiques………………………………………………………….
71

1
CHAPITRE I : Notions fondamentales de la thermodynamique
I. 1. Introduction générale
La thermodynamique est une science qui nait à la fin du 17ème siècle
On rapporte que Denis PAPIN (Physicien français, 1647-1714
si repousser un piston
et ainsi fournir du travail.
              :
trouver les conditions optimales pour transformer la chaleur en travail. On trouve dans cette
phrase les trois (03) mots fondateurs de la thermodynamique. Ce non (thermodynamique)
vient du grec signifiant respectivement chaleur et force. On peut décrire la thermodynamique
de deux (02) manières ou selon deux (02) aspects différents :
a.  : on s
b.            
microscopique ou atomique en utilisant comme variables les grandeurs cinétiques
thermodynamique classique ou statique.
a. Thermodynamique classique
Elle explique le comportement de la matière ou des systèmes en fonction de leurs variations
évolution et dresse le bilan énergétique du système. Le chemin suivi par la transformation du
système peut jouer un rôle (la notion de réversibilité des transformations).