Une façon de classer les processus thermodynamiques consiste à les différencier en fonction de leur échange d'énergie avec l'environnement. Dans ce contexte, les processus sont divisés en endothermiques et exothermiques.
Les processus endothermiques se caractérisent par l’absorption d’énergie de l’environnement, généralement sous forme de chaleur, entraînant une diminution de la température ambiante. D’un autre côté, les processus exothermiques impliquent la libération d’énergie dans l’environnement, ce qui provoque une augmentation de la température.
Définitions
Processus endothermiques : Un processus endothermique est un processus qui absorbe l'énergie de l'environnement, généralement sous forme de chaleur. Cela signifie que pour que le processus se produise, il a besoin d’un apport d’énergie. En conséquence, la température de l’environnement diminue.
Processus exothermiques : Un processus exothermique est un processus qui libère de l'énergie dans l'environnement, généralement sous forme de chaleur. Cela signifie que l’énergie stockée dans les réactifs est libérée lors de la formation des produits, provoquant une augmentation de la température ambiante.
Exemples quotidiens de processus endothermiques
Pour mieux comprendre les processus endothermiques, regardons quelques exemples quotidiens :
- Fonte des glaces : Lorsque la glace fond pour former de l'eau liquide, elle absorbe la chaleur de l'environnement. Ce processus est endothermique car la chaleur est transférée de l’air ambiant à la glace, provoquant une légère diminution de la température ambiante.
- Photosynthèse : Les plantes absorbent l'énergie solaire pour convertir le dioxyde de carbone et l'eau en glucose et oxygène. Ce processus est non seulement vital pour la vie sur Terre, mais constitue également un excellent exemple de processus endothermique à grande échelle. L'énergie du soleil est stockée dans les molécules de glucose.
- Évaporation de l'eau : Lorsque l'eau s'évapore, elle absorbe la chaleur de l'environnement pour passer de l'état liquide à l'état gazeux. Il s’agit d’un processus endothermique courant que nous expérimentons chaque fois que nous transpirons et que la sueur s’évapore pour refroidir notre corps.
Exemples quotidiens de processus exothermiques
Regardons maintenant quelques exemples de processus exothermiques que l'on retrouve dans la vie quotidienne :
- Combustion : La combustion de combustibles, comme l'essence dans une voiture ou le bois dans un feu de camp, libère une grande quantité d'énergie sous forme de chaleur et de lumière. Il s’agit d’une réaction exothermique classique où l’énergie chimique des carburants est convertie en énergie thermique et lumineuse.
- Respiration cellulaire : Les organismes vivants, y compris les humains, décomposent le glucose pour produire de l'énergie. Ce processus libère de l’énergie que les cellules utilisent pour remplir diverses fonctions vitales. La respiration cellulaire est un exemple de processus biologique exothermique.
- Condensation de la vapeur d'eau : Lorsque la vapeur d'eau se condense pour former de l'eau liquide, de la chaleur est libérée dans l'environnement. Ce processus qui se produit dans l'une des étapes du cycle de l'eau est opposé à l'évaporation et est exothermique car il libère l'énergie absorbée lors de l'évaporation.
- Réactions de neutralisation : Lorsqu'un acide et une base se mélangent, ils réagissent pour former de l'eau et un sel, libérant ainsi de la chaleur. Un exemple courant est la réaction entre le vinaigre (acide acétique) et le bicarbonate de soude, qui en plus de libérer de la chaleur produit des bulles de dioxyde de carbone.
Un cas particulier : les centrales solaires thermiques
Durant le cycle de fonctionnement d'une centrale solaire thermique, plusieurs transformations thermodynamiques se produisent. Dans la plupart d’entre eux, des processus exothermiques et endothermiques se produisent comme nous pouvons le voir ci-dessous :
Processus endothermiques dans une centrale solaire
- Absorption de l'énergie solaire : Les miroirs paraboliques ou héliostats concentrent la lumière solaire sur un récepteur central. L'énergie du soleil est absorbée par un fluide caloporteur (tel que des sels fondus ou des huiles thermiques), augmentant ainsi sa température. Il s'agit d'un processus endothermique car le fluide absorbe l'énergie solaire pour se chauffer.
- Chauffage par fluide de transfert : Le fluide chauffé par l'énergie solaire est utilisé pour chauffer l'eau et la transformer en vapeur. L'eau absorbe la chaleur du fluide de transfert et devient de la vapeur à haute pression. Ce processus est également endothermique car l’eau doit absorber une quantité importante d’énergie thermique pour passer de l’état liquide à l’état vapeur.
Processus exothermiques dans une centrale solaire thermique
- Production d'électricité dans la turbine : La vapeur haute pression générée est dirigée vers une turbine. Au fur et à mesure que la vapeur se dilate dans la turbine, elle libère son énergie thermique et est convertie en énergie mécanique, elle-même convertie en énergie électrique par un générateur. Ce processus est exothermique car la vapeur libère de l'énergie dans l'environnement en se refroidissant et en se dilatant.
- Condensation de vapeur : Après avoir traversé la turbine, la vapeur d'eau se refroidit et se condense à nouveau en eau liquide dans un condenseur, libérant de la chaleur dans l'environnement. Il s’agit d’un processus exothermique car l’énergie absorbée lors de l’évaporation de l’eau est libérée lorsque la vapeur redevient liquide.