Rendement (physique)
Pour les articles homonymes, voir Rendement.
En physique, le rendement est défini comme une grandeur sans dimension qui caractérise l'efficacité d'une transformation, physique ou chimique. En physique, la grandeur caractérise généralement la conversion d'une forme d'énergie en une autre.
Définitions
modifierRendement de conversion
modifierPour un système réalisant une conversion d'énergie (transformateur, moteur, pompe à chaleur), le rendement est défini par certains auteurs comme étant le rapport entre l'énergie recueillie en sortie et l'énergie fournie en entrée[1],[2], qui confond alors les termes d'efficacité thermodynamique et de rendement thermodynamique[3].
On peut également distinguer le rendement « effectif » (ou « industriel »), effectivement mesuré, du rendement « thermodynamique » issu de la théorie et du calcul[1]. Le rendement maximal théorique d'une machine ditherme fonctionnant selon le cycle de Carnot est appelé rendement de Carnot[4].
Cette définition est habituellement utilisée pour les systèmes moteurs dithermes ou électriques, car leur efficacité thermodynamique théorique maximale est inférieure à un. Toutefois, il est déconseillé d'utiliser le terme de rendement pour les machines dont l'efficacité thermodynamique maximale théorique est supérieure à un, comme les machines disposant d'un cycle récepteur de la chaleur ambiante, telle une pompe à chaleur, ou toute machine absorbant toute autre énergie ambiante, naturelle et gratuite, comme un panneau solaire thermique ou photovoltaïque, ou une éolienne[5].
Cette définition a donc une portée limitée, c'est pourquoi la définition suivante est plus générale.
Rendement comparatif
modifierPour éviter l'ambiguïté de vocabulaire entre rendement et efficacité thermodynamique et définir une grandeur toujours inférieure ou égale à 1, le rendement est aussi défini par certains auteurs comme une grandeur sans dimension caractérisant le rapport entre l'efficacité énergétique d'un système et son efficacité théorique maximale[6]. Le nombre obtenu permet alors de comparer plusieurs réalisations du même processus théorique. C'est donc une grandeur comprise entre 0 et 1, la valeur 1 étant atteinte quand l'efficacité maximale est atteinte, ce qui est un cas limite idéal.
Par exemple, dans le cas des machines dithermes, leur efficacité théorique maximale est celle d'un cycle de Carnot. Ainsi, les seules machines thermiques dithermes ayant un rendement égal à un sont les machines idéales fonctionnant selon un cycle de Carnot.
Tous les systèmes réels ont un rendement inférieur à un en raison des irréversibilités qui entrent dans toute transformation réelle. Le seul processus réel dont le rendement peut être égal à 1 est le chauffage d'un volume fermé : toutes les irréversibilités se transforment en chaleur et sont ainsi utiles.
Notes et références
modifier- Élie Lévy, Dictionnaire de physique, Paris, Presses universitaires de France, , 1re éd., 892 p. (ISBN 2-13-039311-X), p. 684
- Dictionnaire de physique. Richard Taillet, Loïc Villain, Pascal Febvre. 2e édition. De Boeck, 2009, page 479.
- Stéphane Olivier et Hubert Gié, Thermodynamique 1re et 2e année, Paris, Lavoisier Tec&Doc, , p. 276
- Jean-Louis Basdevant, Xavier Bataille, Philippe Fleury, Jérôme Robert (coordination) et al. (préf. Guy Ourisson), Dictionnaire de physique et de chimie, Paris, Nathan, , 459 p. (ISBN 978-2-09-184546-3, BNF 41116137), p. 346.
- Thermodynamique 1re et 2e année, p. 279
- José Philippe Pérez et Anne-Marie Romulus (préf. Ilya Prigogine), Thermodynamique : fondements et applications avec exercices et problèmes résolus, Paris, Masson, coll. « Enseignement de la physique », , 564 p. (ISBN 978-2-225-84265-8 et 2-225-84265-5, OCLC 28877729, BNF 35591418), p. 248-249
Bibliographie
modifier
