Thermodynamique

Le cours de Thermodynamique (UE2 « Sciences physiques et thermodynamique », semestre 1) familiarise les étudiants avec les principes qui gouvernent la transformation de l’énergie : chaleur, travail, rendement. Ces principes sont au cœur des machines que le technicien en génie mécanique installe, conduit et entretient au Niger : moteurs Diesel des groupes électrogènes et des engins, centrale à vapeur de la SONICHAR (Anou Araren), compresseurs d’air, climatiseurs et chambres froides, fours de cimenterie et de fonderie.

Le cours part des lois fondamentales (premier et second principes), les applique au gaz parfait, puis analyse les grands cycles (Carnot, Beau de Rochas, Diesel, Rankine, cycle frigorifique) et termine par les trois modes de transfert thermique et leurs applications pratiques (isolation, refroidissement).

Objectifs d’apprentissage

• Comprendre et énoncer les lois fondamentales de la thermodynamique (premier et second principes).
• Utiliser l’équation d’état du gaz parfait et calculer travail, chaleur et variation d’énergie interne pour les transformations usuelles.
• Analyser les cycles thermodynamiques moteurs et récepteurs et calculer leurs rendements ou coefficients de performance.
• Exploiter des données de tables de vapeur pour étudier un cycle de Rankine simple.
• Calculer des flux thermiques par conduction, convection et rayonnement et les appliquer à des systèmes réels.

Prérequis

Physique générale (notions de chaleur, d’énergie et de mécanique), logarithme et exponentielle, calcul d’intégrales simples (cours de Sciences physiques et de Mathématiques générales du S1).

Plan du cours

1. Système thermodynamique, gaz parfait et premier principe
2. Transformations du gaz parfait et second principe
3. Cycles thermodynamiques : Carnot, moteurs à combustion, Rankine et machines frigorifiques
4. Transferts thermiques et applications pratiques

Modalités d’évaluation

Volume horaire : 20 h de cours magistral (CM), 10 h de travaux dirigés (TD), 0 h de travaux pratiques et 20 h de travail personnel (TPE) ; 2 crédits. Évaluation : contrôle continu (exercices de TD, quiz en ligne, devoir surveillé) et examen terminal écrit. Calculatrice autorisée ; extraits de tables de vapeur fournis.

Bibliographie

• Çengel Y. A., Boles M. A., Thermodynamics: An Engineering Approach, McGraw-Hill.
• Borgnakke C., Sonntag R. E., Fundamentals of Thermodynamics, Wiley.
• Incropera F. P., DeWitt D. P., Fundamentals of Heat and Mass Transfer, Wiley.
• Pérez J.-P., Thermodynamique : fondements et applications, Dunod.
• Bernard J., Thermodynamique technique, Ellipses.