Diagrammes thermodynamiques - Généralités

Auteur(s) : Renaud GICQUEL

Date de publication : 10 janv. 2002

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Sommaire
Médias

Présentation

1 - Principales transformations dans les processus industriels

2 - Conséquences pour les diagrammes thermodynamiques

3 - Définitions, rappels de thermodynamique

4 - Représentation des propriétés des corps

4.1 - Phases solide, liquide, gazeuse

Figure 1 - Phases d’un corps
4.2 - Gaz parfaits et idéaux

Tableau 1
4.3 - Mélanges de gaz idéaux
4.4 - Liquides et solides
4.5 - Équilibre liquide-vapeur d’un corps pur

Tableau 2
4.6 - Représentations des fluides réels

Présentation

Auteur(s)

Renaud GICQUEL : Professeur à l’École des mines de Paris - Directeur du Centre d’énergétique

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INTRODUCTION

En mettant en évidence les transformations subies par les fluides et en permettant de les calculer, au moins de manière approximative, les diagrammes font partie des outils de base du thermodynamicien. Leur intérêt est double :

permettre de représenter graphiquement les cycles ;
faciliter l’estimation des propriétés thermodynamiques des fluides.

Du fait des possibilités offertes par les progiciels de calcul des propriétés des fluides qui sont de plus en plus répandus, le second intérêt a tendance à diminuer tandis que le premier conserve toute son actualité. Visualiser sur un diagramme un cycle calculé à l’aide d’un outil informatisé permet même souvent de s’assurer qu’il ne comporte pas de point aberrant dû à une erreur lors de l’entrée des données...

Un diagramme se présente sous forme d’un graphique plan comportant le tracé d’un certain nombre de courbes remarquables, notamment des familles d’isovaleurs des fonctions d’état.

Pour un diagramme papier, la lecture de l’état d’un point se fait d’une part sur les axes, et d’autre part par interpolation entre les courbes d’isovaleurs. Pour un diagramme interactif, elle s’obtient par un simple clic de souris, les valeurs précises étant affichées à l’écran.

Comme nous le montrerons dans cet article, différents systèmes de coordonnées sont retenus selon les cas, les plus utilisés pour les corps purs étant le diagramme entropique (T, s), le diagramme de Mollier (h, s) et le diagramme (h, ln P) dit des frigoristes.

Nota :

Cette étude est divisée en quatre parties :

une présentation des généralités sur les diagrammes et un rappel des bases de thermodynamique, objet du présent article ;
l’analyse des diagrammes des fluides purs, des mélanges azéotropiques et des gaz idéaux (article Diagrammes thermodynamiques- Fluides purs, azéotropes et gaz idéaux ) ;
l’étude des diagrammes de mélanges de fluides non azéotropiques (article Diagrammes thermodynamiques- Mélanges utilisés en réfrigération ) ;
une présentation de quelques progiciels de thermodynamique.

D’une manière générale, nous avons volontairement adopté une présentation aussi simple que possible des choses, orientée vers la seule compréhension des diagrammes et des progiciels de thermodynamique, avec quelques indications sur leur construction pratique.

Les lecteurs intéressés par de plus amples développements théoriques pourront se reporter aux références bibliographiques, et en particulier à l’article Propriétés thermodynamiques des fluides .

Enfin, précisons que ces articles font, avec l’autorisation des Presses de l’École des Mines de Paris, de très larges emprunts au chapitre 2 de l’ouvrage de l’auteur intitulé « Systèmes Énergétiques, Tome 1 : méthodologie d’analyse, bases de thermodynamique, Thermoptim ». Les notations sont celles de ce livre, à quelques variantes près effectuées par souci d’homogénéité avec d’autres articles des Techniques de l’Ingénieur.

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