Grande Encyclopédie Larousse 1971-1976Éd. 1971-1976
T

thermodynamique (suite)

Thermodynamique des phénomènes irréversibles (T. P. I.)

Elle se propose une étude quantitative des phénomènes réels, physiques, chimiques, biologiques..., dont le caractère fondamental est l’irréversibilité. Son développement, récent, loin d’être achevé, est dû aux travaux de divers savants : I. Prigogine, S. R. De Groot, Van Rysselberghe, L. Onsager...

Contrairement à l’étude des phénomènes réversibles, celle des phénomènes irréversibles doit tenir compte non seulement des échanges avec l’extérieur, mais aussi de l’évolution interne du système ; ainsi, lors du transfert irréversible de la chaleur dQ entre l’extérieur à la température T et un corps à T – ΔT, l’entropie dS = dQ/(T – ΔT), reçue par le corps, est supérieure à l’entropie dQ/T, cédée par l’extérieur, et l’on peut écrire dS = de S + di S, avec de S = dQ/T, entropie échangée avec l’extérieur (ce serait la seule si la transformation était réversible), et terme toujours positif et qui correspond à une création d’entropie intérieure au système.

Il convient, toutefois, de remarquer que, pour le calcul d’une création locale d’entropie, quelle qu’en soit la cause, la T. P. I. utilise les relations de la thermodynamique classique, supposant ainsi un équilibre local en tout point d’un système en évolution globale.

Un autre caractère des transformations irréversibles est l’intervention du facteur temps t dans la description des phénomènes. Il est important de considérer un taux de création d’entropie : égal à dans l’exemple précédent. Ici, est proportionnel au gradient de T — car — et à dQ/dt, flux de chaleur, lequel est lui-même proportionnel au gradient de T. Une constatation analogue peut être faite pour les autres modes de production d’entropie : pour chacun d’eux, considéré seul, est proportionnel au produit d’un gradient X (température, concentration, potentiel...) par un flux J (chaleur, matière...), lui-même proportionnel au gradient, auquel il est associé dans l’expression de . Dans le cas plus général où plusieurs causes de création d’entropie agissent simultanément et sont couplées, on admet pour les flux (généralisés) des expressions de la forme :

où X1, X2 ..., Xn sont les gradients (ou forces généralisées) et L11, L12 ..., Lnn des coefficients, éléments d’une matrice carrée.

On doit au physicien américain Lars Onsager (1903-1976) d’avoir démontré que l’on a Lij = Lji (∀i ≠ j). Les relations d’Onsager ont une importance considérable ; notons en particulier que, diminuant le nombre des coefficients différents, elles simplifient l’étude des phénomènes couplés.

La thermodynamique des phénomènes irréversibles a, jusqu’ici, apporté des solutions satisfaisantes, principalement à des cas de phénomènes couplés, où la théorie classique postulait, parfois contre l’évidence, la réversibilité des phénomènes (par ex. : effets thermo-électriques, entachés d’irréversibilité par effet Joule et en même temps par conduction thermique ; thermodiffusion dans les mélanges de liquides ou de gaz ; électro-osmose ; etc.).

R. D.

➙ Calorimétrie / Coefficients thermodynamiques / Entropie / Équilibre chimique / Équivalent mécanique de la calorie / Statistique / Température / Thermochimie / Transformations thermodynamiques / Vaporisation.

 G. Bruhat, Thermodynamique (Masson, 1926 ; 6e éd. par A. Kastler, 1968). / Y. Rocard, Thermodynamique (Masson, 1952 ; 2e éd., 1967). / C. Fabry, Éléments de thermodynamique (A. Colin, 1953). / J. Froidevaux, Initiation à la thermodynamique (Dunod, 1963). / C. Bory, la Thermodynamique (P. U. F., coll. « Que sais-je ? », 1964 ; 3e éd., 1974). / E. Dubois, Thermodynamique (Delagrave, 1966).

thermonucléaire (énergie)

En vertu du principe d’équivalence de la masse et de l’énergie, énoncé par Einstein* en 1905, il y a production d’énergie nucléaire quand on fissionne certains noyaux d’éléments lourds ou quand on fusionne certains noyaux d’éléments légers.


On connaît quatre isotopes de l’hydrogène (qui est le proton ), mais seuls interviennent actuellement dans les réactions de fusion :
— le noyau de deutérium ou D (on dit aussi deuton ; il comprend 1 proton + 1 neutron) ;
— le noyau de tritium ou T (on dit aussi triton ; il comprend 1 proton et 2 neutrons).


Les conditions à réaliser


Réactions fondamentales

Les réactions de la fusion en régime dit « contrôlé » peuvent être les suivantes :

Ces réactions produisent de grandes quantités d’énergie ; sur les réactions de fission, elles ont l’avantage de donner naissance à des noyaux qui ne sont pas radioactifs. Malheureusement, elles sont très difficiles à réaliser du fait que, les noyaux à accoler étant positifs, il se développe des forces de répulsion coulombienne considérables.

Pour vaincre ces forces de répulsion, il faut augmenter l’énergie cinétique relative initiale des noyaux, qui doit être supérieure à un certain seuil : 60 keV environ pour les réactions (1) et (2) et 10 keV pour la réaction (3).

La réaction (3) est moins difficile à réaliser que les deux premières ; les noyaux de tritium nécessaires, qui n’existent pas dans la nature, peuvent être fabriqués en utilisant la réaction (2) ou en faisant réagir les neutrons produits par la réaction (3) sur du lithium 6, qui existe dans la proportion de 7,5 p. 100 dans le lithium naturel :

Sur le plan national et pour les besoins militaires, pour fabriquer du deutérium, on passe par l’intermédiaire de l’eau lourde D2O (qui existe dans la proportion de 1/6 000 dans l’eau ordinaire) à l’usine de Mazingarbe (Pas-de-Calais) ; pour fabriquer le tritium, on utilise la réaction (4) ; le lithium 6 s’obtient par séparation des isotopes du lithium à l’usine de Miramas (Bouches-du-Rhône).


Conditions de température ; comportement du plasma