Thermodynamique

Le cours de Thermodynamique familiarise les étudiants avec les principes qui régissent les transformations de l’énergie et les échanges de chaleur. Pour le technicien en chaudronnerie et construction métallique, ces notions sont omniprésentes : bouteilles de gaz comprimé et appareils à pression dont la pression monte au soleil, préchauffage et refroidissement des pièces soudées, chaudières et tuyauteries vapeur des huileries et sucreries, échangeurs et réservoirs calorifugés de la raffinerie SORAZ ou des dépôts pétroliers, centrales thermiques, compresseurs d’air d’atelier, toitures métalliques de hangars chauffées par le soleil sahélien. Le cours présente les lois fondamentales (premier et second principes), l’analyse des cycles (Carnot, Rankine, moteurs, machines frigorifiques) et les trois modes de transfert thermique, avec de nombreuses applications chiffrées.

Objectifs d’apprentissage

• Définir système, état et grandeurs thermodynamiques et utiliser la loi des gaz parfaits.
• Appliquer le premier principe à un système fermé et à un écoulement permanent (bilans de chaleur et de travail).
• Calculer les échanges d’énergie des transformations usuelles et utiliser l’entropie et le second principe.
• Analyser les cycles de Carnot et de Rankine et calculer rendements et coefficients de performance.
• Calculer des flux thermiques par conduction, convection et rayonnement, et dimensionner simplement un calorifugeage.

Prérequis

Physique du baccalauréat (énergie, pression, température), calcul algébrique, fonctions logarithme et exponentielle, notions de dérivée et d’intégrale (cours de Mathématiques Générales).

Plan du cours

1. Leçon 1 — Notions fondamentales et premier principe
2. Leçon 2 — Transformations des gaz parfaits et second principe
3. Leçon 3 — Cycles thermodynamiques : Carnot, Rankine et autres cycles
4. Leçon 4 — Transferts thermiques et applications pratiques

Modalités d’évaluation

Volume horaire : 20 h de CM, 10 h de TD, 0 h de TP et 10 h de TPE ; 2 crédits. Évaluation : contrôle continu (interrogations de TD, devoir de bilan thermique d’un réservoir ou d’une tuyauterie, quiz en ligne) et examen terminal écrit de 2 heures ; extraits de tables de vapeur fournis ; calculatrice autorisée.

Bibliographie

• Y. A. Çengel, M. A. Boles, Thermodynamique : une approche pragmatique, De Boeck (trad. de Thermodynamics: An Engineering Approach, McGraw-Hill).
• F. P. Incropera, D. P. DeWitt, Fundamentals of Heat and Mass Transfer, Wiley.
• J.-F. Sacadura, Transferts thermiques : initiation et approfondissement, Lavoisier Tec & Doc.
• M. Bailly, Thermodynamique technique, Bordas.