Thermodynamique.

Équation d'état analytique : interprétation des différentes branches

Les équations d'état[1] analytiques cherchent, de façon plus ou moins rigoureuse et précise, à rendre compte du comportement des fluides au travers d'une prise en compte des interactions moléculaires. Nous avons vu que ces équations d'état[1] présentent des branches qui ne correspondent pas à des état d'équilibre stable, ou font apparaître des pressions négatives auxquelles on peut néanmoins donner des interprétations physiques.

Équation d'état analytique et stabilitéInformationsInformations[2]
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La figure précédente montre une isotherme d'un corps pur dans le diagramme de Clapeyron. La courbe verte présente le comportement à l'équilibre (liquide à pression supérieure à la pression de saturation, pallier diphasique, vapeur à pression inférieure à la pression de saturation).

Mais on constate expérimentalement qu'un liquide, lorsqu'on le détend à une pression inférieure à sa pression de saturation, peut rester un certain temps avant de se vaporiser (retard à la vaporisation). Il s'agit d'un état métastable. Il en va de même d'une vapeur portée à une pression supérieure à (retard à la condensation). Ces états sont représentés par les deux branches bleues sur le diagramme.

Les pressions négatives souvent obtenues pour la phase liquide métastable peuvent être interprétées comme montrant la cohésion du liquide : si on soumet un élément liquide à une tension mécanique, le liquide ne va pas se rompre du fait des forces de cohésion entre les molécules. On peut réaliser ces pressions négatives en plaçant le liquide dans un tube tournant à grande vitesse : la force centrifuge qui en résulte est équivalente à une tension mécanique cherchant à rompre le liquide.

Par contre, la branche de l'isotherme croissante, qui relie les deux branches de métastabilité, ne correspond à aucun état observable de la matière. On parle pour cette branche d'instabilité mécanique, dans la mesure où elle décrirait des états dans lesquels le volume augmenterait lorsqu'on augmente la pression à température constante, ce qui est tout à fait impossible.

  1. équation d'état

    relation entre température, pression, composition et volume d'un fluide

  2. Jacques Schwartzentruber Paternité - Pas d'Utilisation Commerciale - Partage des Conditions Initiales à l'Identique

  3. Jacques Schwartzentruber Paternité - Pas d'Utilisation Commerciale - Partage des Conditions Initiales à l'Identique

Jacques Schwartzentruber (EMAC) Paternité - Pas d'Utilisation Commerciale - Partage des Conditions Initiales à l'IdentiqueRéalisé avec Scenari (nouvelle fenêtre)