thermodynamique
Cet article est extrait de l'ouvrage Larousse « Dictionnaire de la philosophie ».
Du grec termein, « chauffer » et dynamis, « force (en puissance) ».
Physique
Science des transformations de l'énergie et, en particulier, des interconversions du travail mécanique et de la chaleur.
La thermodynamique est née, au début du xixe s., comme une science des machines à vapeur. La question, posée à l'époque, et affrontée sur le plan théorique par S. Carnot (1824), était celle du rendement optimal d'une transformation de la chaleur en travail mécanique. L'élaboration progressive de la science des machines à vapeur au milieu du xixe s. par J. P. Joule, R. Clausius, lord Kelvin, etc., conduisit à poser les deux principes de la thermodynamique. Le premier principe énonce la conservation de la somme « chaleur + travail » (ou plus généralement la conservation de l'énergie). Le second principe, lui, prescrit une directionnalité temporelle aux processus de transformation de l'énergie. Dans la version qu'en a proposée R. Clausius, il affirme l'impossibilité de tout transfert de chaleur d'un corps froid à un corps chaud ; et il a été traduit en un énoncé de croissance de la fonction entropie.
L'un des principaux développements conceptuels de la thermodynamique fut annoncé par S. Carnot, dès 1824. Selon cet auteur, « la chaleur n'est autre chose que la puissance motrice, ou plutôt que le mouvement, qui a changé de forme ». La convertibilité partielle de la chaleur en énergie mécanique était ici expliquée par la nature ultimement mécanique de la chaleur. Cette idée fut développée dans la théorie cinétique, puis dans la mécanique statistique de L. Boltzmann (1877). Elle donna naissance, sous le nom de « thermodynamique statistique », à une description systématique du substrat microscopique des variables et des fonctions macroscopiques de la thermodynamique classique, comme la pression, le volume, la température, l'entropie, etc.
La caractéristique la plus remarquable de la thermodynamique est cependant l'indépendance de ses énoncés à l'égard de la structure détaillée des éventuels processus microscopiques sous-jacents. On comprend à partir de là qu'une variété de thermodynamique statistique beaucoup plus économique en hypothèses de structure microscopique que celle de Boltzmann, ait pu être formulée : c'est la contribution de J. W. Gibbs (1901) et de sa théorie des ensembles thermodynamiques. Grâce à sa grande généralité, la thermodynamique s'est avérée féconde dans des domaines très éloignés des questions initiales sur les machines à vapeur, allant de la chimie à la cosmologie.
Michel Bitbol
Notes bibliographiques
- Dugas, R., la Théorie physique au sens de Boltzmann, éditions du Griffon, 1959.
- Longair, M. S., Theoretical Concepts in Physics, Cambridge University Press, 1984.
- Prigogine, I., Introduction à la thermodynamique des processus irréversibles, Dunod, 1968.