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THERMODYNAMIQUE Vue d'ensemble

La thermodynamique est une science relativement jeune. Elle a pris naissance au xixe siècle sous la forme d'une discipline embrassant l'étude de toutes les transformations qui s'accomplissent à notre échelle (phénomènes macroscopiques), c'est-à-dire aussi bien les changements d'états physicochimiques que les changements de positions seuls envisagés en mécanique. Elle concerne à la fois les systèmes dits ouverts, parce qu'ils peuvent échanger de la matière et de l'énergie avec le milieu extérieur, les systèmes fermés, qui n'échangent que de l'énergie avec le monde ambiant, et les systèmes isolés, privés de tout échange.

Elle repose sur deux propositions fondamentales. L'une, appelée premier principe de la thermodynamique, introduit le concept d'énergie et exprime une propriété de conservation impliquant que l'énergie, considérée sous toutes ses formes, doit rester constante au cours de la transformation d'un système isolé. L'autre, appelée second principe, introduit le concept plus subtil d'entropie et exprime une propriété d'évolution impliquant que, dans un système isolé, l'entropie ne peut que croître, ou demeurer constante à l'état d'équilibre.

Ludwig Boltzmann

Ludwig Boltzmann

La principale originalité du second principe repose précisément sur cette propriété d'évolution, nécessairement associée à la direction du temps. Les travaux de L. Boltzmann (1844-1906), en théorie des gaz, relatifs à ce même concept d'entropie, interprété du point de vue mécanique à l'échelle moléculaire, ont permis d'assimiler la notion d'accroissement d'entropie à l'évolution ordre → désordre qui caractérise tout système isolé. Mais, en dépit de ce résultat dont l'influence sur le développement ultérieur de la thermodynamique fut considérable, la conséquence la plus directe fut l'élaboration d'une discipline macroscopique autonome, applicable aux systèmes complexes, comportant le concept d'irréversibilité, ayant son génie propre, en accord avec celui de la mécanique mais toutefois distinct sous le rapport de ses principes fondamentaux.

Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz

Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz

D'un point de vue historique, les deux principes trouvent leur origine dans le non-possumus du moteur perpétuel (premier principe) et dans celui du mouvement perpétuel (second principe). La première présentation d'une théorie complète remonte à l'œuvre de R. J. E. Clausius (1822-1888), publiée en 1850 sous le nom de Abhandlungen über die mecanische Wärme Theorie. L'ampleur des vues de l'auteur est manifeste dans son interprétation du contenu des deux principes : L'énergie du monde est constante et L'entropie du monde tend vers un maximum. Cette généralisation imagée mais audacieuse d'un système isolé fut, par la suite, l'objet de plusieurs controverses. Après Clausius et ses contemporains W. Thomson (lord Kelvin, 1824-1907) et E. Clapeyron (1799-1864), il faut citer l'école des énergétistes et principalement : P. Duhem (1861-1916), H. von Helmholtz (1821-1894), W. Ostwald (1853-1932), W. J. M. Rankine (1820-1872). Mais, en dépit de toutes ces contributions à une doctrine de portée générale, le succès recueilli par une telle thermodynamique strictement phénoménologique devait bientôt être limité au seul domaine des états d'équilibre, faute d'informations plus complètes que la seule inégalité de Clausius propre aux processus irréversibles. La contribution la plus importante a été fournie, en 1876, par J. W. Gibbs (1839-1903) avec son Equilibrium of Heterogeneous Substances. Cette œuvre est regardée aujourd'hui comme la base de la physicochimie. Des compléments importants ont été apportés quelques années plus tard par Duhem.

Wilhelm Ostwald

Wilhelm Ostwald

Josiah Willars Gibbs

Josiah Willars Gibbs

Ce n'est qu'après 1920 que l'intérêt se porte à nouveau vers la thermodynamique[...]

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Écrit par

  • : professeur émérite de la faculté des sciences à l'université de Bruxelles, président d'honneur de l'Institut international du froid, membre de l'Académie royale

. In Encyclopædia Universalis []. Disponible sur : (consulté le )

Médias

Ludwig Boltzmann

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Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz

Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz

Wilhelm Ostwald

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Autres références

  • THERMODYNAMIQUE (notions de base)

    • Écrit par Bernard DIU
    • 6 036 mots

    De nos jours, on peut définir la thermodynamique comme la science des propriétés et des processus qui mettent en jeu la température et la chaleur.

    Le nom de « thermodynamique » associe les deux mots grecs thermon (chaleur) et dynamis (puissance). Le but premier de la discipline, explicitement...

  • BOLTZMANN LUDWIG (1844-1906)

    • Écrit par Pierre COSTABEL
    • 1 634 mots
    • 1 média
    À partir de ce deuxième principe, Loschmidt a présenté à Boltzmann une objection redoutable, souvent reprise depuis lors, et qui consiste à affirmer l'impossibilité de faire sortir des équations réversibles de la mécanique une interprétation des processus irréversibles de la thermodynamique. Boltzmann...
  • CARNOT SADI (1796-1832)

    • Écrit par Robert FOX
    • 841 mots
    • 1 média

    Fils aîné de Lazare Carnot, « l'Organisateur de la Victoire », Nicolas Léonard Sadi Carnot est un des pionniers de la thermodynamique. Son unique publication, les Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à développer cette puissance, ignorée de son temps...

  • CHALEUR

    • Écrit par Paul GLANSDORFF
    • 985 mots

    La première tentative d'interprétation physique assimilait la chaleur à un fluide dit subtil et indestructible dénommé le calorique, répandu partout au sein de la matière. Son passage d'un corps à un autre était notamment responsable du refroidissement du premier et de l'échauffement du second....

  • CLAUSIUS RUDOLF (1822-1888)

    • Écrit par Robert FOX
    • 1 001 mots

    Rudolf Julius Emanuel Clausius, l'un des plus grands physiciens du xixe siècle, est connu principalement pour sa contribution à l'étude de la thermodynamique. Le premier, ce savant allemand formula ce qu'on a coutume d'appeler le deuxième principe et proposa une définition claire de l'...

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