Apport de la thermodynamique à la compréhension des processus métamorphiques

I.1.3.3. Postulats d'irréversibilité13(*)

La thermodynamique classique ne cherche pas à expliquer le sens privilégié des transformations naturelles ou spontanées, mais elle postule simplement l'irréversibilité de ces transformations observées expérimentalement.

Ø Enoncé de Clausius (déduit de l'exemple 1)

Fig. 14: Processus de transfert de chaleur impossible

Une quantité de chaleur ne peut jamais être transférée spontanément d'une source froide (BT) vers une source chaude (HT)

· Si l'interdiction de Clausius n'existait pas, on pourrait alors extraire par exemple sans dépenser d'énergie, l'énergie calorifique des océans, des fleuves ou de l'air pour faire bouillir de l'eau et ainsi faire fonctionner gratuitement des turbines à vapeur pour disposer d'énergie mécanique et électrique gratuite !!!

Ø Enoncé de Kelvin (déduit de l'exemple 3)

Fig.15: Production de travail impossible

Il est impossible de prélever une quantité de chaleur Q d'une source d'énergie et de la transformer intégralement en travail

Sans cette impossibilité, on pourrait construire un moteur qui pomperait de la chaleur d'une source (océan) et de la transformer complètement en travail pour faire avancer un navire !!!

I.1.3.4 Enoncé mathématique du deuxième principe14(*)

Compte tenu des deux postulats de Clausius et de Kelvin, imaginons un cycle de transformations au cours duquel :

· une machine prélève de la chaleur Q à source à la température T₂ < T₁ et la cède intégralement à une source à la température T_1 ;

· comme T₂ < T₁, ce transfert de chaleur est impossible d'après l'énoncé de Clausius et ce cycle est donc irréalisable dans la pratique.

Fig. 16 : Cycle imaginaire d'une machine fictive.

- Le bilan d'énergie de cette machine s'écrit: dQ/T = Q/T2 - Q/T1 > 0 car T1 > T2

=> Etant donné que le processus précédent est impossible (selon Clausius), on en déduit que pour un cycle réel d'une machine, il faut donc que :

(Formule 3)

· le signe égal (=) valant pour un cycle réversible

· l'inégalité (<) valant pour un cycle irréversible

La relation 3 est l'énoncé mathématique du deuxième principe déduit des postulats d'irréversibilité.

* ¹³ G. FAVERJON, Op.cit, p72

* ¹⁴ G. FAVERJON, Op.cit, pp120-122