Thermodynamique des fluides réels et voisinage du point critique

Roger Prud'Homme (1)

1 IJLRDA-CEPT - Combustion, Energies Propres et Turbulence

L’exemple classique du gaz carbonique en milieu confiné, montre la disparition de l’interface liquide-gaz lorsque l’on augmente la température au-dessus d’une température critique de 304,14 K. Ce phénomène qui apparaît ici dans une zone de température de l’ordre de 31 °C est donc très facile à observer en tenant simplement le récipient dans la main. Mais il existe pour tous les corps simples. La présentation du diagramme d’état montre le positionnement de l’unique point critique liquide-vapeur C de chaque corps simple, caractérisé par un seul triplet (TC, pC, C) de valeurs de température, pression et masse volumique critiques. Les triplets de valeurs sont présentés dans un tableau pour quelques corps simples : eau, dioxyde de carbone, oxygène, azote, ammoniac, hélium. Le modèle de gaz de van der Waals est alors explicité, puis critiqué à l’aide de la théorie de renormalisation. Au voisinage du point critique, certaines grandeurs physiques sont proportionnelles à l’écart relatif à la température critique élevé à une certaine puissance. Selon le signe de l’exposant, la grandeur considérée peut tendre vers zéro ou au contraire diverger. Il apparait en particulier que la diffusivité thermique tend vers zéro au point critique. Un mode spécifique de transmission de la chaleur dans une configuration unidimensionnelle au voisinage du point critique est alors présenté. Il s’agit de « l’effet piston ». Sont montrés alors des résultats expérimentaux et des calcul numériques illustrant les comportements en proche critique : évolution de la couche limite autour d’une thermistance chauffante, instabilité d’un fluide entre deux parois de températures différentes, développement de l’ébullition et recul de la vapeur observés au moyen de l’instrument DECLIC à bord de l’ISS. Des études d’expansion de gouttes sous pression constante légèrement supercritique sont enfin présentées dans deux cas : 1. Goutte proche critique à l’état initial (Thèse de Stéphane Préau, UPMC 2003), 2. Goutte froide à l’état initial (Projet de Amah D’Almeida Université de Lomé).

Mots clés: Point critique; Thermodymanique; Fluides réels

Domaines: Physique [physics]; Sciences de l'ingénieur [physics]

Roger Prud'Homme. Thermodynamique des fluides réels et voisinage du point critique. Séminaire du Département de Mathématiques, Université de Lomé, Feb 2007, Lomé, Togo. ⟨hal-03698631⟩