Thermodynamique

La thermodynamique étudie les échanges d’énergie sous forme de travail et de chaleur et les transformations de la matière qui les accompagnent. Dans l’industrie pétrolière, elle est partout : comportement des gaz dans un séparateur ou une bouteille, chauffage du brut visqueux avant pompage, fours et colonnes de distillation de la raffinerie SORAZ de Zinder, compresseurs de gaz, turbines et moteurs diesel des stations de pompage et des groupes électrogènes des sites isolés, climatisation des bases vie sous 45 °C. Ce cours pose les notions de base (système, état, température, gaz parfait), énonce le premier principe (conservation de l’énergie) et le second principe (entropie, irréversibilité), puis les applique aux machines thermiques.

Objectifs d’apprentissage

• Définir un système thermodynamique, ses variables d’état et utiliser l’équation d’état des gaz parfaits, en unités SI et de champ.
• Distinguer chaleur, travail et énergie interne ; appliquer le premier principe aux transformations usuelles.
• Calculer des variations d’entropie et interpréter le second principe.
• Calculer le rendement d’un moteur et l’efficacité d’une machine frigorifique ou d’une pompe à chaleur, et les comparer aux limites de Carnot.

Prérequis

Notions de physique générale (énergie, pression, température), calcul algébrique, logarithme népérien et exponentielle, dérivée et intégrale simples.

Plan du cours

1. Systèmes thermodynamiques, température et gaz parfait
2. Énergie interne et premier principe
3. Second principe et entropie
4. Machines thermiques et cycles

Modalités d’évaluation

Volume horaire : 14 h de cours magistral (CM), 6 h de travaux dirigés (TD), 0 h de travaux pratiques (TP), 20 h de travail personnel (TPE) ; 2 crédits. Évaluation : contrôle continu (TD notés, quiz en ligne, 40 %) et examen terminal écrit (60 %).

Bibliographie

• P. Atkins, J. de Paula, Chimie physique, De Boeck.
• M. W. Zemansky, R. H. Dittman, Heat and Thermodynamics, McGraw-Hill.
• Y. A. Çengel, M. A. Boles, Thermodynamique : une approche pragmatique, Chenelière / De Boeck.
• J.-P. Pérez, Thermodynamique : fondements et applications, Dunod.