Thermodynamique interactive : une approche numérique pour maîtriser les fondamentaux en thermodynamique – Étude du cycle triangulaire

Interactive Thermodynamics: A Numerical Approach to Mastering the Fundamentals of Thermodynamics – Study of the Triangular Cycle

¹ Université de Lille. Faculté des Sciences et Technologies. Département physique, 59655 Villeneuve d’Ascq, France
² PhLAM – Physique des Lasers Atomes et Molécules, UMR 8523, Université de Lille, CNRS, 59000 Lille, France
³ Département physique, Faculté des Sciences, Université Mohamed I, 60000, Oujda, Maroc
⁴ Université Abdelmalek Essaadi, Faculté des Sciences de Tétouan, Département de physique, Maroc
⁵ CPGE PSI, Lycée Roland Garros, Le Tampon, Île de la Réunion

^* Auteur de correspondance : stephane.bailleux@univ-lille.fr

Résumé

L'apprentissage de la thermodynamique en premier cycle pose des défis majeurs en raison de la diversité et de la complexité de ses concepts fondamentaux, souvent abstraits, et exigeant la maîtrise d’outils mathématiques avancés. La difficulté est accentuée par le faible usage des diagrammes dans l’enseignement de la thermodynamique. Nous proposons une approche pédagogique innovante, intégrant le numérique et l’interactivité pour améliorer leur compréhension. L’exemple du cycle triangulaire dans le diagramme de Clapeyron, marqué par une transformation à gradient de pression constant, illustre cette perspective. Notre étude montre aussi que le calcul global du rendement énergétique peut être erroné dans ce cas précis, tandis que l’approche locale, fondée sur le calcul différentiel, fournit la solution idoine.

Abstract

Teaching thermodynamics at the undergraduate level presents major challenges due to the diversity and complexity of its fundamental concepts, some of which are highly abstract, and require proficiency in advanced mathematical tools. The difficulty is deepened by the limited use of diagrams in thermodynamics education. This paper introduces an innovative pedagogical approach that integrates digital tools and interactivity to enhance understanding of key concepts in thermodynamics. The example of the triangular cycle, characterised by a constant pressure gradient transformation, illustrates this strategy. This study also reveals that a global approach to energy efficiency calculation can lead to errors in this case, whereas the local method, relying on differential calculus, provides the correct solution.