thermodynamique.

thermodynamique. n.f., branche de la physique classique regroupant l'ensemble des phénomènes où interviennent des échanges de chaleur. Elle a principalement pour but d'établir les limites auxquelles sont soumises les propriétés et les évolutions possibles d'un système physique macroscopique quelconque. À la différence des autres domaines de la physique classique, tels que la mécanique, l'électricité ou le magnétisme, elle ne restreint pas son champ d'étude à une classe particulière de systèmes, mais s'applique à l'ensemble des objets du monde physique, à la seule condition qu'ils puissent être considérés comme macroscopiques. La thermodynamique est une théorie phénoménologique, qui ne s'intéresse pas à la constitution microscopique des objets qu'elle étudie. La présentation traditionnelle de la thermodynamique s'appuie sur quelques principes fondamentaux. Ceux-ci peuvent être en partie fondés par les méthodes de la physique statistique, dont l'objet est de déduire les propriétés macroscopiques de systèmes physiques à partir des lois microscopiques. Il faut cependant noter que la thermodynamique était constituée bien avant que la physique statistique ne se soit développée. Celle-ci n'atteint d'ailleurs pas le caractère très général de la thermodynamique, qui doit être considérée comme une branche autonome et cohérente de la physique. Une contrepartie de ce caractère général est qu'elle ne traite que d'états particuliers des systèmes, les « états d'équilibre ». L'équilibre se manifeste par le fait qu'aucune évolution macroscopique du système n'est discernable sur une échelle de temps longue comparée à tous les temps caractéristiques de l'évolution interne de ce système. Le fait essentiel est que ces états particuliers peuvent être entièrement caractérisés par les valeurs d'un petit nombre de variables. Par contraste, spécifier un état macroscopique quelconque - c'est-à-dire hors d'équilibre - nécessite en principe de connaître toutes les valeurs attachées au nombre extrêmement élevé de degrés de liberté du système (de l'ordre de 10 23 p our des quantités de matière de l'ordre du gramme). Le premier principe de la thermodynamique exprime la conservation de l'énergie, en même temps qu'il définit l'énergie interne d'un système. Il implique que l'énergie totale d'un système isolé, sous toutes ses formes (mécanique, électrique, thermique, etc.), doit rester constante au cours du temps. Le second principe exprime, quant à lui, une propriété d'évolution, tout en introduisant le concept d'entropie (voir ce mot ) : l'entropie d'un système isolé ne peut que croître ou demeurer constante. La physique statistique permet de donner une interprétation microscopique du concept d'entropie, qui montre que l'accroissement d'entropie est le fait d'une augmentation du désordre au sein du système. L'importance du second principe de la thermodynamique est considérable, car il introduit l'irréversibilité, notion absente des autres branches de la physique macroscopique. Ces deux principes doivent être complétés par d'autres pour donner à la thermodynamique sa cohérence interne. Bien que le premier principe postule l'équivalence de la chaleur avec les autres formes d'énergie, celle-ci joue un rôle particulier, comme l'indiquent l'étymologie du mot « thermodynamique » et le fait que les débuts de l'histoire de cette science furent contemporains de l'accès à un statut scientifique de la notion de chaleur. La chaleur est l'énergie cinétique associée aux mouvements d'agitation moléculaire. Les premières formulations du second principe font suite aux travaux de Sadi Carnot, dont le but était de calculer le rendement théorique maximal autorisé pour une machine à vapeur, pour laquelle la chaleur doit être convertie en énergie mécanique. Ces formulations impliquent l'idée que la chaleur est une forme dégradée de l'énergie, en ce sens que sa conversion s'accompagne de limitations plus fortes que pour les autres formes d'énergie. L'importance de la thermodynamique ne doit pas être sous-estimée. En effet, bien que ne permettant pas de description détaillée des phénomènes, son rôle de « gardefou », décidant sur des critères très généraux de ce qui est possible et de ce qui ne l'est pas, est irremplaçable. La thermodynamique a par ailleurs donné lieu à de nombreuses extensions (thermodynamique des processus irréversibles linéaires et non linéaires), dont certaines continuent à faire l'objet de recherches actuelles. 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