Chimie, Energie, Matière pour la transition écologique

Résumé : Cette UE vise à reprendre les éléments de thermodynamique et thermochimie abordés en premier cycle et les recontextualiser dans le cadre d’une démarche d’ingénieur en prise avec la transition écologique.

Contenu de l’enseignement (connaissances à acquérir) :
Rappel de thermodynamique. De la mécanique à la Thermo
a. Le pendule de torsion thermodynamique
b. Notion d’extensivité et conséquence DTE, (Gibbs-Duhem, Duhem, propriétés des DTE)
c. Eléments de thermochimie, notion de bilans (matière, énergie, entropie), paradoxe de Gibbs.
d. Application TE: La terre comme un système thermodynamique (bilan radiatif)

Thermodynamique de Callen
a. Hypersurface entropie
b. Géométrie intensive-extensive
c. Transformation réelle, transformation réversible
d. Le cas quasi-statique
e. Convexe et concave : séparation de phase
f. Transitions de phase (règle de Gibbs, diagramme de phase générique, cas de l’eau)
g. Fluide de Van der Waals (construction, paliers de Maxwell, métastabilité)
h. Diagramme PV d’un corps pur
i. Application TE: Cycle de l’eau

Machines Thermiques
a. Bilan aux frontières
b. Machine ditherme
c. La machine de Carnot
d. Clausius-Kelvin et Kelvin-Clausius
e. Exemples de machines (Stirling, réfrigérateur...)
f. Application TE: Equilibre et déséquilibre de l’atmosphère (Ouragan)

Elément de thermodynamique proche équilibre
a. Machine générale et production d’entropie (cf Atwood)
b. Au-delà de la machine de Carnot : La machine endoréversible
c. Machine chimique et biologie du muscle
d. Machine solaire
e. Application TE: Modèle climatique élémentaire (Paltridge)

Le potentiel chimique
a. Exemple de l’équilibre de l’atmosphère
b. Notion d’équilibre multipotentiels
c. Notion de potentiel électrochimique
d. Contact entre conducteurs
e. Le cas de la jonction PN
f. Equilibre osmotique : le tube en U, les globules rouges
g. Application TE: dispersion des minerais et coût de reconcentration (Valero)