Son père (Lazare Carnot) écrit en 1796 des « réflexions sur la métaphysique du calcul infinitésimal » pendant les mauvais soirs de Thermidor. Saadi (le fils) intègre l’École Polytechnique à 15 ans (24ième au concours) et en sort n°1 à 17 ans et demi. Sur une image erronée de son père (tendance au mysticisme), on l’écarte des grands travaux…
État d’esprit
En 1818 il intègre le premier concours du nouveau corps d’État-major. Puis il se fait mettre en disponibilité pour « endosser un costume civil. » Pendant les tumultes de la révolution (1830) il écrit : « Prendre des résolutions d’avance, afin de n’avoir pas à réfléchir pendant l’action ; s’obéir alors aveuglément à soi-même. »
Saadi est un perfectionniste dans les sciences comme les arts, la danse, les lettres, la culture physique, la musique…
Publication
C’est en 1824 qui publie à 200 exemplaires ses « réflexions sur la puissance motrice du feu » dans un petit livret de 64 pages. Après une maladie persistante (scarlatine puis choléra), il meurt à 36 ans. Dans son carnet de notes de 1831, on lit :
« … d’après les quelques idées que je me suis formées sur la chaleur, la production d’une unité de puissance motrice représente la destruction {par opposition à conversion} de 2,7 unités de chaleur. »
C’est l’expression première du deuxième principe de la thermodynamique. La machine à vapeur est surtout découverte en France au cours de l’année 1820. L’intuition de Carnot réside dans l’interprétation et l’implication du « fluide calorique » pour décrire les échanges de chaleur. La phlogistique avait la dent dure encore et manifestait une forme de passivité analytique qui évitait les mesures quantitatives de la variation des paramètres thermodynamiques (quantité de matière, volume, pression, température…). Des expériences quantitatives ont certainement étaient effectuées par Carnot pour annoncer 2,7 unités de chaleur perdues aux cours des transformations/échanges énergétiques du système ; cette « information perdue » n’appartient plus au système, qui d’ailleurs, ne pourra jamais « retrouver son état précédent ». Voilà la description d’une transformation irréversible. Notion fondamentale de la compréhension holistique des systèmes, de l’économie et d’autres sciences humaines qui s’emparent de cette notion pour parler, comme en thermodynamique, d’analyse systémique.
Thermodynamique
Le mode de fonctionnement créatif de l’univers s’oriente vers « la création d’entropie » comme pour libérer les contraintes du temps et le mouvement dans l’espace. Le père de Saadi Carnot considérait tout mouvement mécanique comme le retour à un état d’équilibre d’un système. Le fils écrit :
« La production du mouvement dans les machines à feu est toujours accompagnée d’une circonstance sur laquelle nous devons attirer l’attention. Cette circonstance est le rétablissement de l’équilibre du calorique, c’est-à-dire son passage d’un corps A où la température est la plus élevée, à un corps B où la température est la plus basse. »
Le livre du fils est un monument à la gloire de la pensée du père. Saadi fait preuve d’abstraction pour comprendre les échanges de chaleur sans tenir compte d’une machine quelconque, mais par le phénomène en lui-même et donc dans toutes machines utilisant la chaleur comme force motrice. Saadi pose « intuitivement » un principe qui, analysait pendant 75 ans (par Clausius, Duhem, Kelvin, Clapeyron, Helmholtz), révèle des conséquences majeures dans la compréhension des phénomènes mécaniques, chimiques et électriques. En fait Saadi Carnot aurait pu rester inconnue sans les efforts persistants de (W. Thomson) Kelvin qui, par sa plume et son analyse[2], le fait connaître au grand public avec tous les honneurs justement mérités.
En fait c’est la persévérance de Kelvin qui a permis de retrouver un exemplaire d’occasion du petit livre de Saadi et puis, de le déchiffrer.
Le potentiel chimique
Définition : le potentiel chimique « µ » d’une entité chimique correspond à la variation d’énergie du système considéré comme thermodynamique en fonction de la quantité « n » de cette entité dans le système (dE/dn).
Le nombre n d’espèce chimique se mesure en mole et l’énergie en Joule. L’unité de mesure du potentiel chimique est en J/mol. Les énergies considérées (potentiels) dans un système thermodynamique sont :
- Energie interne U : variation du volume et de l’entropie avec la pression et la température constante
- Energie libre F : variation du volume et de la température avec la pression et l’entropie constante
- Enthalpie H : variation de la pression et de l’entropie avec le volume et la température constante
- Enthalpie libre G : variation de la pression et de la température avec le volume et l’entropie constante
Le potentiel chimique µ est donc définie en tant que dérivée partielle d’un des quatre potentiels thermodynamiques U, F, H et G). Les différentes mesures associées à un système thermodynamique sont :
- Volume V : grandeur scalaire extensive
- Entropie S : fonction d’état extensive qui dépend de la masse ou du volume de matière
- Pression P : grandeur scalaire intensive
- Température T : grandeur scalaire intensive. La température est relative à l’agitation (translation et vitesse quadratique) des particules en mouvement (théorie cinétique des gaz 3/2 kT = 1/2 mv²)
- Quantité de chaleur Q : quantité extensive en Joule.