Réversibilité
Définition :
Une transformation d'un système d'un état A vers un état B est dite réversible si :
elle est renversable : on peut revenir de l'état final B à l'état initial A en parcourant les mêmes état intermédiaires en sens inverse, en modifiant uniquement les conditions extérieures au système, mais sans changer qualitativement la structure physique de ces conditions
elle est quasistatique : elle peut être définie comme une suite continue d'états d'équilibre
Exemple : Deux solides de températures différentes en contact thermique
(cf Le préambule de ce chapitre[1])
La transformation qui homogénéise les températures à l'intérieur d'un système isolé peut – difficilement ! - être parcourue en sens inverse, en mettant chacun des corps en contact avec une source de chaleur maintenue à la température souhaitée (75°C et 25°C dans l'exemple cité). On notera que cela suppose de supprimer l'isolation thermique globale du système. Mais aucun de ces états dans lesquels les deux corps sont à des températures différentes n'est un état d'équilibre (température hétérogène), donc la transformation n'est pas réversible.
Exemple : Compression d'un fluide dans un cylindre fermé par un piston
Considérons un gaz contenu dans un cylindre fermé par un piston mobile : on peut comprimer le gaz en augmentant la force extérieure sur le piston, mais on peut revenir à l'état initial en diminuant, cette force exercée sur le piston selon la même loi de variation, parcourue en sens inverse. (voir la figure)
on comprime en augmentant la force extérieure sur le piston, on peut revenir à l'état initial en diminuant, selon la même loi de variation parcourue en sens inverse, cette force exercée sur le piston.
La transformation est donc renversable. Elle sera en plus quasistatique si elle est parcourue à vitesse extrêmement faible : après chaque augmentation infinitésimale de pression, on laisse le système se mettre à l'équilibre. Si l'augmentation de pression résulte d'une action brutale sur le piston, la transformation ne pourra pas être considérée comme quasistatique, et ne sera donc pas réversible. On peut imager cela de la façon suivante :
si on pose en une seule fois une masse importante sur le piston, la transformation ne sera pas quasistatique, et elle sera donc irréversible
pour approcher une transformation quasistatique, on peut déposer la même masse très progressivement, par exemple en versant très lentement une poudre (grain à grain, en attendant après chaque grain que l'équilibre se réétablisse...)
Ces exemples montrent bien qu'une transformation réelle est toujours irréversible, et peut au mieux se rapprocher de la réversibilité.