L'entropie en bref

Théorême d'Ortograf:

Dans un milieu ambiant à la température absolue Ta, produire une entropie S (en joules par kelvin) revient à CHAUFFER L'AIR DU TEMPS en lui fournissant l'énergie électrique:
W = S . Ta

Pour une quantité de chaleur Q fournie ou reçue par un corps à la température absolue T, par définition, l'entropie de cette chaleur est:
S = Q / T

(S en joules par Kelvin).

D'une manière générale et abstraite, l'entropie mesure la dégradation de la chaleur. On sait en effet que la chaleur constitue une forme dégradée de l'énergie, parce qu'il est impossible de la transformer intégralement en énergie mécanique ou électrique.

La dégradation augmente quand la chaleur passe d'un corps chaud sur un autre corps dont la température est moins élevée, et la formule de définition nous donne bien une valeur de S qui augmente quand T diminue.

Pour donner un sens plus précis, à la fois, à la dégradation de l'énergie, et à l'entropie, on doit faire intervenir
1°) le milieu ambiant, dont on suppose la température uniforme, de valeur Ta
2°) une machine thermique réversible, que l'on fait fonctionner entre le milieu ambiant, et le corps à température T pour en extraire la chaleur Q.

Cette machine thermique réversible est un moteur idéal ou une pompe à chaleur idéale, c'est à dire fonctionnant sans dégradation d'énergie, autrement dit sans production supplémentaire d'entropie.

On se limite ici au cas où T est supérieure à la température ambiante Ta, mais la conclusion aura une portée générale.

Avec T supérieure à Ta, la machine thermique réversible va fonctionner en moteur.

A partir de cette chaleur Q, elle va permettre de récupérer l'énergie mécanique:
Q . ( 1 - ( Ta / T) ).

Le reste de cette énergie Q, soit:
Q - Q . ( 1 - ( Ta / T) )
= Q . ( Ta / T)
= S . Ta,
ne pourra pas être récupéré sous forme d'énergie mécanique, il sera fourni sous forme de chaleur à l'air du temps.

En récapitulant:

Une quantité de chaleur Q à la température T est dégradée par une entropie de valeur:
S = Q / T,
sa convertibilité en énergie mécanique est amputée proportionnellement à cette entropie, d'une valeur:
S . Ta,
avec Ta = température absolue du milieu ambiant.

Exemple: une eau de chauffage central à 60°C fournit 100 joules à un appartement à 20°C, alors que la température extérieure est de 15°C.

Entropie cédée par l'eau de chauffage central en même temps que sa chaleur:
100 / (273 + 60)

Défaut correspondant d'énergie mécanique potentiellement récupérable:
100 x (273 + 15) / (273 + 60) = 86,4 joules

Entropie reçue par l'appartement:
100 / (273 + 20)

Défaut correspondant d'énergie mécanique potentiellement récupérable:
100 x (273 + 15) / (273 + 20) = 98,2 joules

Production d'entropie due à cet échange de chaleur:
(100 / (273 + 20)) - (100 / (273 + 60))
= 0,041 joule/kelvin

Perte d'énergie mécanique potentiellement récupérable liée à la production d'entropie:
98,2 - 86,4 = 11,8 joules
ou encore:
0,041 x (273 + 15) = 11,8 joules.

Pour 100 joules fournis à l'appartement, la meilleure pompe à chaleur imaginable consommera donc 11,8 joules d'énergie électrique en plus par le fait qu'elle apporte de l'eau à un chauffage central à 60°C, comparativement au cas où elle serait capable de fournir directement cette chaleur à l'appartement maintenu à 20 °C.

Entropie cédée par la maison quand la chaleur traverse ses murs:

100 / (273 + 20)

Défaut correspondant d'énergie mécanique potentiellement récupérable:
100 x (273 + 15) / (273 + 20) = 98,2 joules

Quand cette chaleur est finalement contenue dans l'air du temps, elle est totalement dégradée, elle ne présente plus d'énergie mécanique potentiellement récupérable. La perte d'EMPR lorsque les 100 joules traversent les murs de la maison est donc:

100 - 98,2 = 1,8 joule.

On perd donc 1,8 joule d'EMPR quand la chaleur traverse les murs de la maison, contre 11,8 joules quand la chaleur passe des radiateurs à l'air de l'appartement. Et encore, on est parti ici d'une chaleur déjà passablement dégradée puisqu'elle était dans de l'eau à 60°C. Le chauffage par pompe à chaleur est déjà un chauffage à faible production d'entropie.

D'une manière générale, à cause de la production d'entropie occasionnée par les échanges de chaleur, tous nos chauffages traditionnels sont incompatibles avec une gestion rigoureuse de l'énergie.

La chaleur basse température de nos lieux de séjour est une énergie de très faible valeur et qui peut donc être pratiquement gratuite quant aux ressources consommées.

On peut charger le présent article au format pdf sur deux pages A4 en cliquant ici.

Sur cette même question, voir également:

1°) les sites "Ecologie-par-cogénération", et "Entropie = gaspillage" , accessibles via: http://ortograf.fr

2°) la rubrique: "Physique: entropie", sur le site alfograf.net

tél:+(33)(0)3 81 67 43 64

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