Support CM L1 Thermo 2025-2026 Univ Man

L1- Filière Sciences & Technologies
L1- Filière Biologie – Géologie – Mines
INTRODUCTION
1- SYSTEME THERMODYNAMIQUE A L’EQUILIBRE
2- ECHANGES D’ENERGIES DANS LES PROCESSUS
THERMODYNAMIQUES
3- LE PREMIER PRINCIPE
4- LE SECOND PRINCIPE
5- CHANGEMENTS D’ETAT DU CORPS PUR
THERMODYNAMIQUE PHYSIQUE

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INTRODUCTION
La thermodynamique (de therme chaleur et de dynamics mouvement) correspond à l'étude de la
dynamique des systèmes thermomécaniques, c'est à dire à l'étude d'un système au cours de son
évolution en fonction des échanges d'énergies mécaniques (travail) et thermiques (chaleur) avec le
milieu extérieur au système.
La thermodynamique est une branche récente de la physique (née au début du XIXème siècle).
La thermodynamique classique est l’étude des propriétés macroscopiques d’un système (p, V, T…)
sans se préoccuper des processus microscopiques sous-jacents. Elle s’applique donc aux systèmes
contenant suffisamment de particules pour que les fluctuations microscopiques puissent être
négligées.
Par exemple, dans un gaz contenu dans une enceinte close, chaque molécule exerce sur les parois une
force individuelle quand elle rebondit. Si l’enceinte considérée est très petite (par exemple de l’ordre
de quelques distances atomiques) et contient donc peu de molécules, il y a peu de rebonds et la force
totale subie par cette paroi au cours du temps va beaucoup fluctuer. Il est difficile de définir une
force moyenne pertinente. Au contraire, si l’enceinte contient beaucoup de molécules car elle est
suffisamment grande, on peut définir une force moyenne exercée par toutes ces particules par unité
de surface dont les fluctuations temporelles peuvent être ignorées (analogie : écouter tomber des
gouttes de pluie sur un tout petit toit ou sur un très grand toit au cours du temps, on entendra des
impacts individuels ou bien un bruit moyen). On peut alors définir la pression exercée par le gaz sur
les parois de l’enceinte. C’est la limite thermodynamique.

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Chapitre 1 :
SYSTEME THERMODYNAMIQUE A L’EQUILIBRE
I- CONCEPTS DE LA THERMODYNAMIQUE
Comme dans toute discipline, quelques définitions et précisions de quelques concepts généraux et
principaux sont nécessaires pour comprendre le langage de la thermodynamique.
Le référentiel de la thermodynamique est le référentiel terrestre ou référentiel du laboratoire supposé
galiléen.
1- Système thermodynamique
a. Définition
Un système thermodynamique est une partie matérielle de l’univers délimité par une surface fermée
soumise à l’observation.
Remarque
• la définition précise du système est la première étape dans la résolution d’un problème de
thermodynamique
• la surface fermée qui délimite le système, appelée aussi paroi ou enceinte peut être
matérielle (réelle) ou fictive et n’est pas nécessairement fixe. Elle est la frontière entre le
système et son environnement, celui-ci constituant le milieu extérieur.
Figure I.1 : systèmes thermodynamiques
b. Propriétés
− Le système thermodynamique est constitué d’un très grand nombre de particules, de l’ordre
du nombre d’Avogadro : NA = 6,02.1023 mol–1 ; le nombre d’Avogadro représente le
nombre d’entités élémentaires (atomes, ions, molécules…) contenues dans une mole de
matière.
− Un système est homogène et constitue une phase si la nature physique de ses constituants est
la même en tout point ; les variables thermodynamiques varient de manière continue
(exemple : eau + sel avant saturation)

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− Un système est hétérogène s’il se décompose en plusieurs phases homogènes : solides,
liquides ou gaz ; certains paramètres varient de manière discontinue (exemple : variation de la
masse volumique de eau + glace)
2- Echanges du système avec le milieu extérieur
a. Milieu extérieur et univers
Le Milieu extérieur est défini comme tout ce qui n’est pas le système.
L’enveloppe (ou paroi) du système peut être dotée de propriétés particulières permettant
l’établissement d’interactions spécifiques entre le système et le milieu extérieur.
Pour définir l’univers, nous nous limitons à tout ce qui interagit avec le système
L’univers est constitué à la fois du système et du milieu extérieur. Il est isolé
Univers = système + milieu extérieur
Figure I.2 : sens des échanges du système avec le milieu extérieur
Convention
Les échanges du système avec le milieu extérieur sont :
- positifs s’ils sont reçus par le système et
- négatifs s’ils sont cédés par le système au milieu extérieur.
Ces échanges peuvent être des échanges:
• de matière
• d’énergie : chaleur et travail
Remarque
(i) la chaleur échangée, notée Q pour une quantité de chaleur infinitésimale, est une forme «
désordonnée » de l’énergie car liée à l’agitation moléculaire microscopique.
La rapidité du transfert de la chaleur est liée à la nature des matériaux constituant la paroi du
système. Ainsi, une paroi est dite :
1. diatherme, si elle est perméable à la chaleur (un transfert très rapide de la chaleur) ;
2. adiabatique, si elle ne transmet pas la chaleur (elle est imperméable)
(-)
(+)

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(ii) le travail échangé, noté W pour un travail infinitésimal, est une forme « ordonnée » de
l’énergie car liée au déplacement macroscopique des points d’application des forces moyennes
agissant sur les parois du système.
Le travail mécanique des forces de pression s’échange au travers des parois du système qui se
déplacent.
(iii) Il existe d’autres formes de travail échangé d’origine mécanique, électrique, magnétique…
b. Contraintes externes et internes
Si on considère l'interaction entre un système et son environnement, le système pourra être contraint
ou non par son environnement.
En effet, les contraintes externes sont imposées au système par ses parois et conditionnent ses
échanges avec le milieu extérieur lors de son éventuelle évolution.
On dit qu'il est :
- isolé : il n’y a pas de transfert vers l’extérieur, ni d’énergie, ni de volume, ni de particules
(matière) ; C’est donc un système fermé par des parois fixes et adiabatiques ;
- mécaniquement isolé : ni échange de matière, ni échange d’énergie mécanique ; le travail qu’il
reçoit est nul, ses parois sont fixes : W=0 ;
- thermiquement isolé : ni échange de matière, ni échange d’énergie thermique (transferts de
chaleur impossibles). On parle alors de parois adiabatiques Q=0 ;
- fermé : pas d’échange de particules (matière) mais échange thermique ou mécanique possibles ;
- ouvert : ni isolé, ni fermé ; le système peut échanger de la matière et de l’énergie avec le milieu
extérieur (une partie de la frontière est réelle, l’autre est fictive).
Par contre, les contraintes internes sont à prendre en compte lorsque le système est composite, c’est-
à-dire constitué de plusieurs sous-système.
Dans ce cas, ce sont les propriétés des parois séparant les sous-systèmes qui apparaissent comme des
contraintes internes qui peuvent être levées (soit matériellement ou par la pensée) déclenchant ainsi
l’évolution du système.
Prenons l’exemple de la détente de Joule et Gay-Lussac.
Figure I.3 : la détente de Joule et Gay-Lussac