Processus réversible (thermodynamique)

Les processus thermodynamiques peuvent être réalisés de deux manières : de manière réversible ou irréversible. La réversibilité signifie que la réaction fonctionne en continu au quasi-équilibre. Dans un processus thermodynamiquement réversible idéal, l’énergie du travail effectué par ou sur le système serait maximisée et celle de la chaleur serait nulle. Cependant, la chaleur ne peut pas être entièrement convertie en travail et sera toujours perdue dans une certaine mesure (à l’environnement). (Ceci n’est vrai qu’en cas de cycle. Dans le cas d’un processus idéal, la chaleur peut être complètement convertie en travail, par exemple, expansion isotherme d’un gaz idéal dans un agencement piston–cylindre.) Le phénomène de travail maximisé et de chaleur minimisée peut être visualisé sur un graphique pression–volume comme l’aire sous la courbe d’équilibre, représentant le travail effectué. Afin de maximiser le travail, il faut suivre la courbe d’équilibre avec précision.

Les processus irréversibles, en revanche, résultent de l’éloignement de la courbe, diminuant ainsi la quantité de travail global effectué; un processus irréversible peut être décrit comme un processus thermodynamique qui s’écarte de l’équilibre. L’irréversibilité est définie comme la différence entre le travail réversible et le travail réel pour un processus. Lorsqu’elle est décrite en termes de pression et de volume, elle se produit lorsque la pression (ou le volume) d’un système change de manière si spectaculaire et instantanée que le volume (ou la pression) n’a pas le temps d’atteindre l’équilibre. Un exemple classique d’irréversibilité consiste à libérer un certain volume de gaz dans le vide. En relâchant la pression sur un échantillon et en lui permettant ainsi d’occuper un grand espace, le système et son environnement ne sont pas en équilibre pendant le processus d’expansion et il y a peu de travail effectué. Cependant, un travail important sera nécessaire, avec une quantité d’énergie correspondante dissipée sous forme de flux de chaleur vers l’environnement, afin d’inverser le processus (compression du gaz à son volume et à sa température d’origine).

Une autre définition d’un processus réversible est un processus qui, une fois qu’il a eu lieu, peut être inversé et, lorsqu’il est inversé, ramène le système et son environnement à leurs états initiaux. En termes thermodynamiques, un processus « en cours » ferait référence à sa transition d’un état à un autre.