Ch-III

.Cours de thermodynamique, 1ére .Master. P. A + P. P Dep de P.H - F.H.E.R.S.T.U/ U.M.K.O
Année .U: 2019/2020 Chapitre -III Enseignant: Dr/ HADJADJ SADOK P-1
Chapitre –III-
Les propriétés d’état des Corps Purs

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Chapitre III: Les propriétés des Corps Purs
III.1. Les différents états de métiers
Dans cette partie, on se limite a l’étude des corps purs (substance composée d’une
seule espèce). Les corps purs existent sous trois états : liquide, solide ou gazeux (figure III.1).
Un système constitué d'une seule phase est homogène et dit système monophasique. Par
contre, un système constitué de plusieurs phases est hétérogène et dit poly-phasique.
L'ensemble formé par de l'eau liquide et des glaçons constitue un exemple de système
diphasique : une phase est constituée par l'eau liquide, et l'autre par la glace.
Figure III.1: Les différents états de métiers: (a)- liquide, (b)- solide, (c)- gazeux.
Lors d’une transition de phase, la masse volumique de l’eau change le long du
changement de phase. On dit qu’il y a changement de phase (changement d'état) voir (figure
III.2) lorsque, un système évoluant d'un état d'équilibre à un autre, certaines des grandeurs
intensives (pression, température et densité) qui le définissent subissent une variation subite
au cours de la transformation.
Figure III.2: Les différents changements de phases.

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III.2.1 Équilibre liquide-vapeur.
Si un gaz est piégé dans un cylindre et que l’on diminue graduellement son volume
par compression à l’aide d’un piston de manière isotherme, on constate à un moment donné
l’apparition d’une gouttelette de liquide dans le cylindre : c’est le point de rosée. Ce
phénomène ne se produit que lorsqu’on se met à une température suffisamment basse,
inférieure à une température critique, Tc. Si on continue à diminuer le volume, la quantité de
gaz dans le cylindre diminuera tandis que la quantité de liquide augmente.
Cette évolution se déroule sous pression constante, de sorte qu'aucun gaz ne reste dans
le cylindre: on est alors au point de bulle. Il faudra ensuite appliquer une très forte pression
pour diminuer le volume du liquide. Si le piston est libéré progressivement, à partir de cette
phase entièrement liquide: on observe le phénomène inverse : une diminution rapide de la
pression lorsque le cylindre n’est occupé que par du liquide, apparition de la première bulle de
vapeur au point de bulle, stabilisation de la pression jusqu’à la disparition complète du
liquide, diminution de la pression en phase gazeuse.
III.2.2 Règle des phases de Gibbs pour les corps purs,
1- Règle des phases
On appelle variance d’un système, notée (v), le nombre maximal de variables intensives
nécessaire et suffisant pour déterminer l’équilibre du système. C’est le nombre maximal de
variables intensives indépendantes.
2- Règle des phases (règles de Gibbs):
On admettra que la variance d’un système est donnée par:
v = C + 2 - ɸ
Avec :
C: Nombre de corps purs en présence (dans ce chapitre),
ɸ: Nombre de phases en équilibre (au maximum égal à 3).
2: Nombre de paramètres intensifs (la pression et température)
Exemples :
 pour un gaz seul en équilibre thermodynamique (C = 1), (domaine monophasé: ɸ = 1)
à v= 2. Il s’agit d’un équilibre di-variant. La connaissance de deux variables intensives
(P et T par exemple) caractérise totalement l’état du système (fermé).
 Un corps pur (C=1) sous 2 phases en équilibre (domaine biphasé: ɸ = 2) à une
variance. Il s’agit d’un équilibre monovariant.

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La connaissance d’une variable intensive (P ou T par exemple) caractérise totalement
l’état du système (fermé).
 Un corps pur (C = 1) sous trois phases en équilibre (domaine triphasé: ɸ = 3 ) à v = 0:
il s’agit d’un équilibre invariant.
III.3. Étude descriptive des différents changements d’état
III.3.1. Changements d’état – Diagramme (P, T)
L’équilibre de deux phases d’un corps pur se traduit par une variance de 1. Il existe
donc une relation entre la pression et la température lorsque les deux phases sont en présence.
On s’intéresse donc au diagramme (P,T ) donnant les trois courbes d’équilibre P = f(T)
appelés courbes de fusion, de vaporisation et de sublimation.
III.3.1.1. Courbe de vaporisation (équilibre liquide/vapeur)
Description de la courbe de la pression en fonction de la température (P = f(T)) Figure
III.3. (a) :
 La pression est une fonction croissante de la température.
 La courbe de vaporisation est limitée vers les hautes températures par le point critique.
 Le point critique est défini par la température critique et la pression critique. Au-delà
de ce point critique, il n’y a pas de distinction entre un liquide et un gaz Le gaz ne peut
plus être liquéfié, quel que soit la pression appliquée. On peut dire aussi qu’au-delà de
la température critique, il n’est jamais possible d’obtenir un liquide quel que soit la
pression imposée.
 En fait lorsque l’on s’approche de ce point critique le long de la courbe de
vaporisation, la différence entre la phase liquide et la phase gazeuse diminue de plus
en plus et disparaît totalement au point critique. La phase liquide et la phase fluide
convergent tout simplement vers une phase fluide unique. La courbe de vaporisation
est limitée vers les basses températures par le point Tr, appelée point triple. Le point
triple est le point pour lequel les 3 phases (liquide, gaz et solide) sont à l’équilibre. En
ce point, d’après la règle des phases, la variance est nulle (v = 0), dont et sont
parfaitement déterminées. En ce point triple, coexistent donc les trois phases en
équilibre. Cet équilibre ne peut s’établir qu’en ce point unique, les coordonnées du
point triple étant imposées par la nature. Le Tableau III.1.suivant présente les
coordonnées du point triple et du point critique pour H2O et CO2.

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Tableau III.1; Les coordonnées du point triple et du point critique pour H2O et CO2
Corps pur
du point critique
du point triple
Coordonnées
Température (K)
Pression (bar)
Température (K)
Pression (bar)
H2O
273,16
0,00615
374
221
CO2
216.6
5,17
304,2
73.8
III.3.1.2. Courbe de fusion (équilibre solide/liquide)
L’équilibre solide/liquide ayant lieu entre phases condensées, la pression a très peu
d’influence et la courbe Pfus = f (T) est presque verticale Figure III.3.(b). Selon le cas, la
pente peut être positive (cas le plus fréquent) ou négative (cas de l’eau et du bismuth (Bi), le
Silicium (Si), le Gallium (Ga) et l’Antimoine (Sb)). La courbe de fusion est limitée pour les
basses pressions par le point triple mais pas pour les hautes pressions.
III.3.1.3. Courbe de sublimation (équilibre solide/vapeur)
L’équilibre (solide / vapeur) concerne les faibles valeurs de pression et température:
- La pression est aussi une fonction croissante de la température.
- La courbe de vaporisation est limitée vers les hautes températures par le point triple.
La pression de la vapeur en équilibre avec le solide est appelée encore pression de
vapeur saturante. La courbe de sublimation est limitée au niveau supérieur par le
point triple (Figure III.3.(c)).
Figure III.3: Allure des courbes de; (a)- vaporisation, (b)- fusion et (c)- sublimation d’un corps pur.
III.3.1.4. Diagramme de phase (P,T) d’un corps pur
La figure ci-dessous donne le type d’allures de diagramme de phase d’un corps pur :
dans le cas général.