Machines thermiques
La thermodynamique a été inventée au départ pour étudier
le fonctionnement des machines à vapeur, qui entrent dans
la classe de ce qu'on appelle les machines thermiques.
Les machines thermiques tirent de l'énergie des différences
de température. Elles sont d'ailleurs d'autant plus efficaces
que cette différence est élevée. La thermodynamique nous
dit qu'il est possible de récupérer de l'énergie partout
où une évolution spontanée de la situation est possible.
Imaginons en effet un bloc de métal chaud, et un bloc de
métal froid. Si on les accole, il se produit un phénomène
spontané et irréversible, si on ne touche pas aux deux blocs :
ils échangent de la chaleur, et à la fin, les deux blocs
sont finalement à la même température moyenne. On sait
qu'une telle évolution, parce qu'elle est irréversible,
s'accompagne d'une augmentation du désordre (c'est à
dire de l'entropie), c'est
le second principe de la thermodynamique.
On sait aussi qu'une telle augmentation de l'entropie
signifie que de l'énergie a été gaspillée.
On aurait donc pu récupérer de l'énergie. Il existe par exemple ce qu'on appelle
des thermocouples : mis en présence d'une source de chaleur et
d'une source de froid, ils savent produire de l'électricité,
et par exemple la stocker dans une batterie. Une fois que le
thermocouple a fini de prendre toute l'énergie qu'il pouvait, les
deux blocs seront à la même température : il ne restera donc
plus d'énergie à récupérer, puisqu'une telle situation n'évolue
pas spontanément.
Exemples de machines thermiques
Avec une source de chaud et une source de froid, il y a donc toujours
possibilité de récupérer de l'énergie. Les exemples abondent.
- Les machines à vapeur consomment du charbon, qui en brûlant, produit
de la chaleur. Elles ont toutes une reserve d'eau, qui constitue la
source de froid. L'eau est vaporisée, grâce à la chaleur dégagée
par la combustion du charbon, et est mise sous pression, pour mettre
des pistons en mouvement, c'est à dire fournir de l'énergie.
- Les centrales nucléaires sont en fait des machines thermiques :
leur source de chaleur est le réacteur nucléaire. Et toutes
les centrales sont placées à côté d'un lac ou d'une rivière, vous pouvez
vérifier ! Et d'ailleurs, ces lacs et ces rivières sont légèrement
réchauffés par la centrale, pour produire de l'électricité. Du coup,
cela permet à certaines espèces supportant mal le froid d'y vivre.
- Il est possible aussi, d'utiliser la différence de température
qui existe entre la surface de l'océan, chauffée par le soleil,
et le fond. C'est un peu de la récupération d'énergie solaire, mais ça marche !