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Pompe centrifuge avec moteur à vapeur, conçue par Neut et Dumont pour alimenter le lac des jardins de l'Exposition Universelle de 1867

Thermodynamique : quand la chaleur devint mouvement

59 min
À retrouver dans l'émission

Comment définir la chaleur ? Comment les physiciens ont réussi à définir la température ? Qu’est-ce que la thermodynamique ? Comment est née cette discipline ? Comment ont évolué les connaissances depuis les débuts de la thermodynamique ? Quels sont les grands noms associés à cette discipline ?

Pompe centrifuge avec moteur à vapeur, conçue par Neut et Dumont pour alimenter le lac des jardins de l'Exposition Universelle de 1867
Pompe centrifuge avec moteur à vapeur, conçue par Neut et Dumont pour alimenter le lac des jardins de l'Exposition Universelle de 1867 Crédits : De Agostini Picture Library - Getty

S'il y a bien un phénomène que l'humanité en général et les scientifiques en particulier ont eu du mal à appréhender et sur lequel ils ont longtemps fait fausse route c'est celui de la chaleur. Qu'est ce donc que cette chose qui peut amener à la combustion, qui transforme les matériaux, qui les réduit ou qui, dans le sens, inverse les fige ? Est ce une composante intrinsèque, un élément flamme, le phlogistique, un fluide élastique ? Ou est ce que, comme le montrera une toute nouvelle discipline qui apparaît vers la fin du 18ème siècle, une conséquence du mouvement et l'agitation des gaz. C'est l'histoire de la thermodynamique que nous allons vous raconter.

Thermodynamique : quand la chaleur devint mouvement : c'est le programme agité qui est le nôtre dans l'heure qui vient. Bienvenue dans La Méthode scientifique.

Et pour nous raconter cette histoire de la compréhension des phénomènes de dégagement de chaleur et de leur lien avec la mesure de la température sans oublier la théorie des gaz parfaits et l’apparition de la notion d'entropie, nous avons le plaisir de recevoir Emanuel Bertrand, maître de conférences à l’École supérieure de physique et de chimie industrielles de la ville de Paris et chercheur statutaire au Centre Alexandre-Koyré, et Kamil Fadel, Responsable du département "Physique" du Palais de la Découverte.

Le reportage du jour 

La loi universelle des gaz parfaits PV=nRT  est un modèle thermodynamique formalisé au 19ème siècle. Il décrit le comportement des gaz à basse pression et montre que la relation entre la pression, le volume et la température est indépendante de la nature du gaz. Surtout, cette équation montre le lien entre la température et l’agitation des molécules d’un gaz donné. Expériences à la plateforme de physique de Sorbonne Université, avec Pascal Bernard, responsable de la plateforme de physique de Sorbonne Université et Bertrand Laforge, Professeur des Universités (Sorbonne Université) et Physicien des particules au LPNHE. Par Céline Loozen :

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6 min
LA_METHODE_SCIENTIFIQUE - Reportage Céline loozen "vérification expérimentale de la loi PV=nRT" avec Pascal Bernard et Bertranf Laforge, Sorbone Université

Repères

  • La thermodynamique est une discipline cherchant à comprendre les caractéristiques macroscopiques de systèmes caractérisés par des variables comme la pression, le volume ou la température. Depuis le 19è siècle, la thermodynamique statistique cherche à comprendre les effets des états microscopiques sur le système macroscopique.
  • Les débuts de la thermodynamique sont liés aux réflexions de Carnot sur les machines à vapeur, en 1824. C’est ainsi un exemple où la science appliquée a précédé les recherches fondamentales et la compréhension des processus en jeu.
  • Les premier et deuxième principes de la thermodynamique ont été énoncés en 1850 par Clausius. Le premier postule que l’énergie se conserve, tandis que le deuxième pose la notion d'irréversibilité des systèmes en stipulant que toute transformation d’un système induit une augmentation de l’entropie.
  • Le troisième principe de la thermodynamique ou principe de Nernst date de 1906 : à zéro degré Kelvin, l’entropie d’un système est nulle. 
  • La thermodynamique, bien que fonctionnant parfaitement expérimentalement, n’est pourtant pas entièrement comprise. Par exemple, la notion d’irréversibilité n’est pas tranchée. Les avancées de la mécanique quantique pourront vraisemblablement permettre de mieux comprendre les phénomènes microscopiques à l’oeuvre.

Pour aller plus loin

Retrouvez tous les compléments d'information sur le fil Twitter de La Méthode scientifique.

Les références musicales

Le titre du jour : "In the Heat of the Night" de Ray Charles

Le générique de début : "Music to watch space girls by", par Leonard Nimoy

Le générique de fin : "Says" par Nils Frahm

Intervenants
  • Maître de conférences à l’ESPCI Paris et chercheur au Centre Alexandre-Koyré d’Histoire des sciences et des techniques
  • Responsable du département "Physique" du Palais de la découverte

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