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Compression et détente adiabatique
La compression et la détente adiabatiques sont des transformations thermodynamiques décrivant le comportement de fluides, notamment de gaz, soumis à des variations de pression. Adiabatique signifiant qu'il n'y a pas d'échange de chaleur entre le système et le milieu extérieur.
Sommaire
Principe
En raison du premier principe de la thermodynamique, si le système échange du travail avec le milieu extérieur par l'intermédiaire des forces de pression, son énergie interne varie et particulièrement les énergies cinétiques microscopiques constituant l'agitation thermique des particules du système, définissant la température à l'échelle macroscopique.
Cela se traduit donc par une variation de la température :
- lors d'une compression, la température augmente puisque le milieu extérieur fournit du travail au système ce qui augmente son énergie interne et donc son agitation thermique;
- lors d'une détente, la température diminue car c'est le système qui fournit du travail au milieu extérieur.
Dans un processus adiabatique, si la température du système augmente ou diminue, celui-ci ne peut pas se mettre en équilibre thermique avec le milieu extérieur. Cette condition se réalise si :
- le système est isolé du milieu extérieur, par une enceinte adiabatique (par exemple un calorimètre) ;
- la transformation est rapide alors que les échanges de chaleur sont très lents.
Diagrammes thermodynamiques
On peut calculer mathématiquement l'énergie et les changements de pression du processus mais en général on utilisera une représentation d'une transformation adiabatique sur des diagramme thermodynamiques. Ces diagrammes sont pré-calculés pour indiquer le chemin pression versus température suivi. On note :
Applications
La compression adiabatique permet d'expliquer l'échauffement de la pompe à vélo, ainsi que le fait que l'air qui sort lorsque l'on dégonfle un pneu soit froid (même si la transformation n'est pas strictement adiabatique). Elle permet aussi d'expliquer le risque du « coup de feu » dans les détendeurs de dioxygène : lorsque l'on ouvre la bouteille, la pression augmente dans le détendeur et provoque un échauffement ; si le détendeur contient un corps inflammable (corps gras, joint non-conforme), il s'enflamme (il est en présence de 100 % de dioxygène) et provoque une oxydation exothermique du métal avec un effet similaire à un chalumeau, qui perfore le détendeur (oxycoupage).
La détente adiabatique est utilisée dans les réfrigérateurs, climatiseurs et groupes frigorifiques, pour refroidir.
La détente adiabatique est également utilisée pour la dessiccation dans le procédé de détente instantanée contrôlée (DIC).
En météorologie, la compression et la détente adiabatique avec l'altitude (voir l'article Variation de la pression et de la température atmosphériques avec l'altitude) provoque une variation de température de la masse d'air qui conditionne de nombreux phénomènes atmosphériques, voir l'article Gradient thermique adiabatique.
Remarque de terminologie
Le contraire du mot adiabatique est diabatique. Pour des raisons historiques, dont le calque sur l'anglais, on continue largement à voir néanmoins le terme « non-adiabatique » dans la littérature scientifique.
Voir aussi
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Catégorie : Transformation thermodynamique
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