Bonjour. C'est encore pour moi un grand plaisir de contribuer au MOOC RESCIF Thermodynamique, coordonné par l'École Polytechnique Fédérale de Lausanne en Suisse. Je suis l'ingénieur-docteur Paul Salomon Ngoe Ekam, enseignant à l'École Nationale Supérieure Polytechnique de Yaoundé au Cameroun. Je vais vous entretenir cette fois sur le thème Système, Actions en surface et Typologie. A l'issue de cette leçon, vous allez être capables de décrire entièrement un système thermodynamique. A la suite de cette définition, vous pourrez ensuite décrire les différentes actions qui ont lieu à la surface d'un système thermodynamique. Et, à la fin de la leçon, vous pourrez aussi définir et décrire les différents types de systèmes thermodynamiques que l'on rencontre. Comment pouvons-nous donc définir un système thermodynamique? Nous dirons qu'un système thermodynamique est une substance, un corps une quantité de matière qui intéresse le physicien, et dont il veut étudier l'évolution. Le système thermodynamique a donc une hypothèse de définition, qui consiste à dire que ce système possède une quantité importante de matière, dont tout au moins une mole de matière. La conséquence immédiate de cette hypothèse est que une mole de matière étant une quantité importante de matière, on pourra donc discrétiser ou diviser un système thermodynamique en plusieurs sous-systèmes. Et vice versa. On pourra aussi conjurer plusieurs sous-systèmes, et en former un ensemble qu'on appellera donc plus tard un système thermodynamique à étudier. Bien. La quantité de matière qui constitue un système thermodynamique bien sûr n'est pas infinie, elle est limitée. Ainsi donc, un système thermodynamique aura une limite qui va être appelée la surface ou la frontière ou la paroi du système thermodynamique. Au-delà du système, et de sa frontière qui est sa surface, toute autre quantité de matière constitue le milieu extérieur. Nous avons donc le privilège ensuite de préciser que l'ensemble constitué par le système et le milieu extérieur est appelé univers. Mais attention, le milieu extérieur défini ici ne va pas représenter des milliers, des centaines de milliers de galaxies que nous pouvons avoir dans l'univers géographique. Nous allons restreindre le terme le milieu extérieur à toute quantité ou toute partie de cet univers géographique, qui est susceptible d'agir ou d'être en interaction avec le système. Voilà ce que nous allons appeler le milieu extérieur en thermodynamique. Après avoir défini le système, sa frontière et le milieu extérieur, nous allons maintenant caractériser les différents types de systèmes. Bien. Deux facteurs principaux sont utilisés pour la classification des systèmes. Premièrement, nous avons les actions en surface. Et ensuite, nous avons les constituants internes du système. Nous parlerons d'abord des actions en surface. Mais pour cela, à partir des types d'échanges qui se déroulent à travers la surface d'un système, notamment un échange de matière, ou un échange d'énergie sous forme de chaleur ou de travail. Nous aurons donc un type particulier de système. Ainsi, pour le premier type de système, nous avons un système isolé. Un système isolé est caractérisé par le fait qu'il n'autorise aucun échange de matière avec le milieu extérieur, qu'il n'autorise aucun échange de travail, ni d'échange de chaleur. C'est le système isolé. A côté du système isolé, on a un système fermé. Le système fermé a la caractéristique d'interdire tout échange de matière. L'échange d'énergie peut être possible sous forme de chaleur, ou de travail. Après le système isolé et le système fermé, on a maintenant un système ouvert. Le système ouvert a la caractéristique principale d'autoriser un échange de matière, un peu comme un robinet qui est ouvert, fermé, que de l'eau circule à travers le robinet. Maintenant, un système ouvert peut aussi autoriser un échange de chaleur, mais aussi un échange de travail. Après le système ouvert, nous avons donc le système adiabate. La caractéristique principale d'un système adiabate, c'est qu'il n'autorise ou sa frontière n'autorise pas d'échange de chaleur. On peut avoir un échange d'énergie sous forme de travail, ou un échange de matière pour un système adiabate. Après le système adiabate, nous avons un système sans travail. Comme son nom l'indique, sa spécialité c'est de n'autoriser aucun échange de travail avec le milieu extérieur. L'échange de chaleur est possible, mais aussi l'échange de matière. Très bien. Là, c'est la caractérisation d'un système en fonction des échanges au niveau de sa frontière. Maintenant, par rapport aux constituants internes d'un système, nous avons les caractéristiques suivantes. Premièrement, nous avons un système homogène, encore appelé phase. La nature d'un constituant d'un système homogène est la même partout dans le système, en tout point du système. Et un bon exemple de système homogène est la vapeur d'eau. Nous avons ensuite un système hétérogène. Pour un système hétérogène, la nature des constituants n'est point identique en tout point. Et un bon exemple d'un système hétérogène, c'est le mélange de deux corps non miscibles comme l'eau et l'huile, mais agités, pas au repos, agités. On a alors un mélange hétérogène. Après, un système homogène, un système hétérogène, nous pouvons donc avoir un système inhomogène. Un système inhomogène est caractérisé par le fait que les propriétés physiques et chimiques au niveau du système sont continues, donc variables, mais d'une manière continue. Un bon exemple de système inhomogène, c'est une eau en phase de solidification. Donc, avec un fond de solidification. Nous aurons par exemple, la densité de cette eau qui variera avec le point où on se trouve. Après le système inhomogène, nous avons donc un système composite. Un système composite, comme son nom l'indique, est composé de plusieurs phases. Par exemple, un mélange d'huile et d'eau au repos. On a deux phases totalement différentes l'une de l'autre. Après le système composite, on va donc distinguer le système uniforme. Un système uniforme est caractérisé par le fait que ses propriétés sont égales en tout point. Et un bon exemple d'un système uniforme, est de la vapeur d'eau contenue dans une enceinte fermée. Bien. Après la classification donc, d'un système, notamment maintenant comment on conçoit les actions en surface soit la constitution interne, nous allons maintenant présenter, nous allons maintenant parler de la représentation des différents systèmes, effectivement, en fonction des échanges autorisés au niveau de la surface. Nous avons donc premièrement, ce système qui est là, pour lequel nous voyons bien que la partie intérieure, qui constitue en fait notre système, est inchangée. Donc, elle a un volume, on peut le dire, qui est figé. Le système est constitué d'une partie qui représente un calorifugeage, et notre système est entièrement fermé. On ne voit aucune issue par laquelle peut entrer de la matière, ou sortir de la matière. Nous avons donc ici un système fermé adiabate à cause du calorifugeage, et sans travail parce que son volume est figé. Un bon exemple de ce système est un récipient fermé, calorifugé et indéformable. C'est le cas de l'eau vase DEWA, ou l'eau vase Thermos bien fermé. Deuxième type de système, c'est un système pour lequel, comme on le voit ici, le calorifugeage a disparu. Le système est toujours fermé parce qu'il n'autorise aucune entrée et aucune sortie de matière, mais le système autorise un échange de chaleur, représenté ici par la lettre Q, et aucun échange de travail, le volume du système est toujours figé. Un bon exemple, c'est un récipient fermé non calorifugé et à volume fixe. C'est le cas de votre bouteille de jus, peut-être réfrigérée donc assez fraîche et bien fermée, surtout fermée sous pression, dont aucune matière ne peut entrer ni sortir, à cause de la fermeture. Mais le système échange de la chaleur avec le milieu extérieur, mais avec un volume entièrement fixe. Passons à une présentation. Nous avons un système à nouveau fermé. Il n'y a aucune ouverture pour l'entrée de masse ou pour la sortie de masse. Nous voyons le calorifugeage dont le système n'autorise aucun échange de chaleur avec le milieu extérieur. Mais nous voyons aussi que le volume du système est variable, il se voit iii représenté par un piston qui permet donc que le volume du système soit variable. Quand le système n'échange pas de la matière, il est fermé. Le système n'échange pas de la chaleur et il est adiabate, mais le système peut échanger du travail avec le milieu extérieur. Un bon exemple de ce système, c'est un récipient fermé, calorifugé, mais à volume variable. Quatrième représentation, nous voyons ici que le calorifugeage a disparu. Quand notre système est bien fermé, il est non adiabate, donc il autorise un échange de chaleur avec le volume de l'extérieur. Mais en même temps, le volume est variable dont le système échange du travail avec le milieu extérieur. Un bon exemple, c'est un récipient non calorifugé et à volume variable. Prochaine représentation, c'est un système ici sur lequel nous voyons bien un calorifugeage. Le volume interne du système n'est pas variable, et nous avons là un débit massique entrant et un débit massique sortant. Quand notre système est ouvert, il permet l'échange de matières. Le système adiabate, il ne peut aucun échange de chaleur à volume en milieu extérieur, et le système est rigide fermé à volume constant, il ne permet aucun échange de travail avec le milieu extérieur. Eh bien, un bon exemple de ce type de système, c'est un tube calorifugé. Vous avez par exemple les tubes calorifugés qui conduisent de l'air conditionné d'un local à un autre. Donc, de l'air entre et sort à travers le tube. Le tube est rigide, donc n'autorise aucun échange de travail avec le milieu extérieur. Le tube est calorifugé pour éviter l'échange avec le milieu extérieur. Prochain type de système, c'est un système qui est ouvert, donc vous trouvez un échange de matières. Le système est non adiabate, il autorise un échange de chaleur avec le milieu extérieur, et le système est rigide. Le volume du système est constant. Un bon exemple, c'est un tube non calorifugé. Et la plupart de ces tubes sont rencontrés au niveau de la chaudière ou de la combustion. Le tube doit récupéré la chaleur qui provient de la combustion, et le transmettre au fluide qui suit la longueur du tube. Prochaine représentation, nous avons ici le système qui autorise un échange de matières, il est ouvert. Le système autorise un échange de travail à cause du volume variable, mais le système est adiabate. Un bon exemple de système, on le trouve dans la machine à vapeur, ou encore dans les pompes alternatives. Prochain système ou prochaine représentation, ici, nous avons un système ouvert, entrée et sortie de matières autorisées. Nous avons le calorifugeage qui n'est plus là, donc échange de chaleur à volume mesurée autorisée, et nous avons ici un piston qui nous fait voir l'échange de travail avec le milieu extérieur. Un bon exemple de ce système est notre compresseur à piston, mais aussi votre moteur diésel ou moteur essence. En conclusion de cette étude, nous retenons que nous avons défini ce que c'est qu'un système thermodynamique, ainsi que sa frontière et ce qui peut être considéré comme son milieu extérieur. Nous avons ensuite défini ou décrit les différentes actions qui peuvent avoir lieu au niveau de la surface ou de la frontière d'un système thermodynamique, et à partir des différentes actions ainsi définies, nous avons vu comment l'on peut non seulement décrire les différents types de systèmes, mais aussi comment représenter les différents systèmes thermodynamiques. En vous remerciant pour votre attention à ce cours, nous espérons vous avoir à notre prochaine leçon. Merci.
