Ce cours est constitué de cinq chapitres :

1. Généralités
2. Transfert d'énergie et premier principe
3. Irréversibilité, entropie et deuxième principe
4. Machines dithermes, cycles et équilibres
5. Transferts thermiques

Généralités introduit le vocabulaire de la thermodynamique (système ouvert, fermé ou isolé, variables et fonctions d'état, variables intensives ou extensives, etc). S'y trouve également sur trois états de la matières (solide, liquide, gaz) et les noms des changements de phases associés. Un rappel est fait sur les grandeurs utiles pour manipuler la matière (nombre de mole, masse molaire, etc). Enfin une section est consacrée à la loi des gaz parfaits introduite par une approche statistique simplifiée pour deux grandeurs fondamentales de la thermodynamique : la pression et la température.

Transfert d'énergie et premier principe démarre sur le principe fondamental de conservation de l'énergie pour révéler l'énergie interne. Après une étude sur le travail des forces de pression et les transferts thermiques (convection, conduction et rayonnement), le premier principe de la thermodynamique est énoncé. Avec lui, découle l'enthalpie, les lois de Joule et la relation de Mayer (et donc les capacités thermiques).

Irréversibilités, entropie et deuxième principe pointe les manquements du premier principe par des constats simples pour introduire l'entropie, le deuxième principe de la thermodynamique et l'identité thermodynamique sur l'énergie interne (et celle de l'enthalpie en est déduite). Cela fait, des cas applicatifs de transformations particulières sont traités : isochores, isobares, isothermes puis adiabatifs réversibles pour introduire les lois de Laplace pour un gaz parfait. Un bref aperçu de certaines causes de l'irréversibilité est offert.

Machines dithermes, cycles et équilibres offre aux étudiants l'aspect historique de la thermodynamique en revenant sur le second principe pour introduire le cycle de Carnot et son rendement. Cela permet de traiter ensuite des cas applicatifs de cycles moteurs (Beau de Rochas ou Otto, Diesel) ou de machines frigorifiques (cycle inverse). Le chapitre se conclut avec l'équilibre liquide-vapeur dans le cas particulier de l'eau et introduit la notion d'enthalpie de changement d'état.

Transferts thermiques va au-delà de la thermodynamique et illustre ce qui se passe entre l'état initial et l'état final en introduisant la temporalité de la transformation. La conduction devient la loi de Fourier puis l'équation de la chaleur, ce qui introduit la résistance thermique (cas stationnaire). La convection s'appréhende simplement par la loi de Newton avec une ouverture sur la complexité réelle du phénomène à travers le nombre de Nusselt et les nombreuses corrélations nécessaires à son calcul. Le rayonnement s'exprime par la loi de Stefan, complétée par la loi de Wien, toutes deux dérivées de la loi de Planck, une des pierres fondatrices de la physique quantique.

Ce cours met en pratique la théorie acquise lors du cours de Licence 2 sur une approche par projet avec OpenModelica, fondé sur le principe de jumeaux numériques.