Le diagramme de Raveau est un diagramme thermodynamique permettant de classer les machines thermiques dithermes en fonction de leurs échanges de chaleur avec leur source chaude et leur source froide. Il est dû au physicien français Camille Raveau.
Le premier principe de la thermodynamique permet d'y placer les machines produisant du travail (cycles moteurs) et celles en consommant (cycles récepteurs). Une moitié du diagramme est interdite par le deuxième principe de la thermodynamique : les machines correspondantes sont donc impossibles à réaliser, ce sont essentiellement des cycles moteurs. L'autre moitié du diagramme, autorisée par le deuxième principe, est divisée en quatre zones : dans l'une les machines sont à cycle moteur, dans les trois autres à cycle récepteur, mais parmi ces dernières, une seule est intéressante. Le diagramme permet ainsi de classer les machines de type moteur à combustion, turbine, climatisation, pompe à chaleur, réfrigérateur
Construction du diagramme vignette|200px|Cycle d'une machine thermique ditherme.
Une machine thermique ditherme exploite deux sources de chaleur à des températures différentes. La source de température élevée est appelée source chaude, la source de basse température est appelée source froide. La machine peut prendre ou céder de la chaleur aux deux sources ; elle peut produire du travail (cycle moteur) ou au contraire en consommer (cycle récepteur). Soit : le transfert thermique (échange de chaleur) entre la machine et la source chaude ; le transfert thermique entre la machine et la source froide ; la température de la source chaude ; la température de la source froide () ; le travail reçu par la machine.
Lors d'un cycle complet de la machine, on a une variation de l'énergie interne et une variation de l'entropie de la machine globalement nulles ; par conséquent : d'après le premier principe de la thermodynamique :
d'après le deuxième principe de la thermodynamique :
avec l'entropie créée , d'où :
Le diagramme de Raveau représente en fonction de (ou l'inverse). On y trace les droites d'équation : (soit ) : au-dessus de cette droite une machine produit du travail (, cycle moteur), en dessous elle en consomme (, cycle récepteur) ; (soit ) : une machine au-dessus de cette droite est impossible, elle contredirait le deuxième principe (, soit ).
Interprétation Généralités vignette|Diagramme de Raveau.
La figure ci-contre montre le diagramme de Raveau.
Le domaine en rose délimité par la droite rouge est interdit par le deuxième principe de la thermodynamique. Aucune machine ne peut exister dans ces conditions. On y trouve par exemple une machine telle que , et : la machine produit du travail en prenant de la chaleur à la source froide et en en cédant à la source chaude. Une machine ne peut exister que dans les conditions du domaine opposé au domaine rose. Ce domaine est divisé en quatre zones (, , et ).
Dans le domaine sous la droite bleue , la machine consomme du travail, , le cycle est récepteur ; au-dessus de cette droite, la machine produit du travail, , le cycle est moteur. Les machines possibles produisant du travail se situent exclusivement dans la zone du diagramme ; la plupart des machines à cycle moteur sont donc interdites par le deuxième principe de la thermodynamique. Dans les zones , et , les machines consomment du travail ; les machines à cycle récepteur constituent donc la grande majorité des machines possibles. Dans la pratique, seules les zones verte et violette sont intéressantes ; les machines des zones et le travail consommé.
Plus le rapport est grand, plus la droite rouge se rapproche de l'axe vertical . Autrement dit, plus l'écart entre la température de la source chaude et celle de la source froide est important, plus la est grande et offre de possibilités d'exploitation, tandis que la diminue.
Zone vignette|300px|Machine thermique ditherme - diagramme de Raveau .
La machine produit du travail (cycle moteur) en prenant de la chaleur à la source chaude et en en cédant à la source froide. C'est la seule zone du domaine des machines possibles dans laquelle le cycle est moteur.
Exemples : machine à vapeur, moteur à combustion, turbine.
Zone vignette|300px|Machine thermique ditherme - diagramme de Raveau .
La machine consomme du travail (cycle récepteur) et transfère de la chaleur de la source chaude à la source froide. Ces machines sont peu intéressantes car il s'agit du sens spontané de transfert de la chaleur, et l'on peut obtenir la même chose sans consommer de travail (par exemple par conduction, convection ou rayonnement). Elles peuvent néanmoins permettre d'accélérer les transferts thermiques, ou bien être un mode de fonctionnement saisonnier d'une machine classée en zone .
Exemples : ventilateur, agitateur.
Zone vignette|300px|Machine thermique ditherme - diagramme de Raveau .
La machine consomme du travail (cycle récepteur) en cédant de la chaleur aux deux sources. Ces machines sont peu intéressantes et se rapprochent des machines monothermes qui dégradent du travail en chaleur.
Exemples : chauffage électrique, cuisinière électrique.
Zone vignette|300px|Machine thermique ditherme - diagramme de Raveau .
La machine consomme du travail (cycle récepteur) et transfère de la chaleur de la source froide à la source chaude, ce qui est contraire au sens spontané de transfert de la chaleur. Ces machines permettent donc de refroidir la source froide ou de réchauffer la source chaude.
Exemples : climatisation, pompe à chaleur, réfrigérateur.
Notes et références
Articles connexes
Deuxième principe de la thermodynamique Diagramme thermodynamique Machine thermique Premier principe de la thermodynamique Thermodynamique
Raveau