Université Hassan 1er

Cours de
Par
Prof. Khalil ELHAMI
Intitulé des filières dont fait partie ce cours:
- Sciences de la Matière Physique (SMP)
- Sciences de la Matière Chimie (SMC)
- Sciences Mathématiques et Applications (SMA)
- Sciences Mathématiques et Informatique (SMI) Version 2007-2009
THERMODYNAMIQUE
‘’le piston à vapeur’’ est l’ancêtre des machines à
vapeur réalisé par D. Papin (physicien 1647-1714)
pour répondre à un besoin industriel essentiel à
l'époque : trouver les conditions optimales pour
«Transformer» la «Chaleur» en «Travail», les
trois mots fondateurs de la thermodynamique.
Royaume du Maroc
Université Hassan 1er
Faculté Polydisciplinaire de Khouribga

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Cours de Thermodynamique pour SMPC-SMIA  Prof Khalil ELHAMI Univ.Hassan 1er - Faculté Polydisciplinaire de Khouribga
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SOMMAIRE
I. Introduction, Objet de la thermodynamique
I. 1. Définition :
I. 2. A quoi sert la thermodynamique ?
I. 3. La thermodynamique qui nous entoure :
II. Etats et variables d’état : Coefficients thermoélastiques
II. 1. Systèmes thermodynamiques
II. 1. a. Système isolé
I1. 1. b. Système fermé
II. 1. c. Système ouvert
II. 2. Description d‟un système par des variables d‟état
II. 2. a. Les grandeurs extensives
II. 2. b. Les grandeurs intensives
II. 3. Etat d‟équilibre thermodynamique
II. 4. Etat stationnaire
II. 5. Transformation d‟un système
II. 6. Variables d‟état
II. 7. Equation d‟état
II. 7. a. définition
II. 7. b. Mise en place de variables intensives / extensives
II. 7. c. Quelques remarques
II. 7. d. Exemples d‟équations d‟état : Cas d‟un fluide
II. 8. Coefficients thermoélastiques
II. a. Coefficient de dilatation isobare α
II. b. Coefficient de compressibilité isotherme χ
II. c. Coefficient de compression isochore β:
II. 9. Quelques définitions utiles
III. Notions de travail, de chaleur et modes de transport de la
chaleur
III. 1. Notions de travail „W‟
III. 2. Notions de Chaleur „Q‟
III. 3. Transport de la chaleur
III. 3. a. La conduction
III. 3. b. La convection
III. 3. c. Le rayonnement

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IV. les principes de la thermodynamique
IV. 1. Le principe zéro de la thermodynamique
IV. 2. Le premier principe de la thermodynamique
IV. 3. L‟enthalpie
IV. 4. les gaz parfaits
IV. 5. Le second principe de la thermodynamique
IV. 6. État d‟équilibre et réversible
IV. 7. Identité thermodynamique
V. Machines thermiques
V. 1. Cycles et machines thermiques
V. 2. Machines monothermes :
V. 3. Machines Dithermes
V. 4. Machine polythermes
V. 6. Cycle de Carnot
V. 5. Notion du rendement
V. 7. Les machines frigorifiques
TRAVAUX PRATIQUES:
1- Calorimétrie
2- Chaleurs spécifiques de quelques métaux
3- Coefficients calorimétriques d’un gaz.

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CHAPITRE I : Introduction, Objet de la thermodynamique
Albert Einstein disait : « Une théorie est d’autant plus impressionnante que ses prémisses
sont simples, qu’elle met en rapport des choses aussi variées que possibles, et que son
domaine d’application est vaste. C’est ainsi que je suis très impressionné par la
thermodynamique classique. C’est la seule théorie d’un contenu si universel que, j’en suis
convaincu, elle ne sera jamais mise à défaut dans le cadre de l’applicabilité de ses concepts
élémentaires. »
1. Définition :
Thermodynamique vient du grec "thermos" et "dynamis" qui signifient "chaleur" et "énergie".
Elle traite des problèmes de conservation et de conversion des différentes formes d'énergie.
C'est un outil pour expliquer, contrôler et prédire le comportement de systèmes physiques.
La thermodynamique est la branche de la science consacrée à l‟étude des transformations
d‟énergie sous toutes ses formes, et en particulier aux transformations de chaleur en travail, et
vice-versa. Ces préoccupations peuvent sembler à première vue très éloignées de l‟objet
principal de la chimie; de fait la thermodynamique a été à l‟origine développée par des
ingénieurs et des physiciens intéressés à augmenter l‟efficacité des machines à vapeur.
Cependant la thermodynamique s‟est avérée très importante en chimie, non seulement parce
qu‟elle s‟intéresse au bilan énergétique des réactions chimiques (comme dans un moteur à
combustion interne, où la combustion de l‟essence est accompagnée de la transformation de
chaleur en travail), mais également parce qu‟elle traite de sujets qui sont au coeur même de la
chimie de tous le jours, comme par exemple les propriétés des réactions à l‟équilibre et la
production d‟électricité dans les piles électrochimiques (ou dans les cellules biologiques).
2. A quoi sert la thermodynamique ?
Par exemple, elle sert à :
- définir les échanges d'énergie et de matière,
- prévoir les conditions dans lesquelles différents états physiques ou différentes substances
chimiques sont en équilibre,
- prévoir les conditions dans lesquelles une réaction évolue spontanément
3. La thermodynamique qui nous entoure :
- panneau solaire, énergie dans une self, énergie solaire thermique, cellules photovoltaïques,
effet Peltier, machines thermiques, electrochimie (batterie, électrodéposition), isolation
thermique, réactions chimiques…
Intérêts particuliers pour les mécaniciens :
- production d‟énergie hydroélectrique, thermoélectrique,

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- conversion d‟énergie électrique à thermique ou thermique à électrique,
- voiture solaire, voiture à gaz etc…
Intérêts particuliers pour les électriciens :
- pour augmenter la vitesse des processeurs il faut réduire la taille des circuits (la vitesse de la
lumière est telle qu‟une instruction se propage au mieux à 1 mètre en 3 ns). Mais les circuits
électroniques qui fonctionnent à grande vitesse dissipent plus d‟énergie, plus ils vont vite.
Mais une taille réduite implique un grand défi pour la dissipation de la chaleur dissipée par les
composants !
- en électronique plus conventionnelle, la gestion thermique en « packaging » nécessite de
gros efforts
- il existe un lien formel entre entropie et information, qui implique qu‟on ne peut pas espérer
manipuler de l‟information sans un minimum théorique de dissipation (Landauer) !
Intérêts particuliers pour les chercheur en matériaux
- thermique des réacteurs chimiques
- plasticité
- conductivité thermique, isolation thermique
- transition de phase (métallurgie)
- humidité
Intérêts particuliers pour les physiciens
- transitions de phases
- 1ère approche d‟un phénomène nouveau, complexe
- phénomènes de transports
- objectifs de la physique statistique
Pour tous :
- problèmes écologiques, développement durable….
- Formation scientifique : du siècle des lumières au romantisme des processus irréversibles,
- Structures ordonnées des systèmes dissipatifs (Prigogine)