Conclusion
Objectif
Ce module "Initiation à la thermodynamique moléculaire pour le génie des procédés" a présenté en cinq chapitre des notions de thermodynamique statistique et de modélisation des interactions entre les constituants d'un fluide. Elles doivent permettre de comprendre les hypothèses employées lors de la construction des modèles thermodynamiques d'équation d'état des fluides, utilisées en génie des procédés, et de mieux appréhender les avantages et les limitations de ces modèles.
Compétences acquises à l'issue du module :
[chap. 1. Enjeux de la modélisation moléculaire]
Comprendre la place des approches théoriques comme la thermodynamique moléculaire pour l'étude des systèmes réels ; à côté des approches expérimentales et de la simulation moléculaire.
[chap. 2. Potentiel d'interaction]
Comprendre les interactions au sens de la mécanique quantique et de la mécanique classique.
Connaître les principaux potentiels d'interaction de paire (sphère dure, puits carré, attraction-répulsion généralisée de Mie, ...),leurs avantages et leurs limitations.
[chap. 3. Thermodynamique statistique]
Savoir construire un ensemble statistique.
Connaître les principales caractéristiques d'un système : fonction de partition, potentiel thermodynamique, dérivées de la fonction de partition
[chap. 4. Equations d'état]
Savoir construire une équation d'état à partir de la fonction de partition.
Comprendre les fondements de l'équation d'état du gaz parfait : pas d'interaction au sein du fluide.
Savoir calculer les grandeurs thermodynamiques macroscopiques à partir de la fonction de partition.
[chap. 5. Microthermodynamique]
Connaître les fonctions de structure des fluides, notamment la fonction de distribution radiale.
Comprendre la démonstration de l'équation du viriel et comment exprimer la fonction de partition à partir des coefficients du viriel.
Comment déterminer les coefficients du viriel à partir des fonctions de distribution radiale, de la connaissance d'un potentiel de paire ou à partir des données expérimentales.
Savoir vérifier la validité d'une équation d'état par comparaison avec les coefficients du viriel et les fonctions de distribution radiale et les données expérimentales.
Modules conseillés à l'issue du module :
On conseillera de compléter ce module par des modules sur :
La thermodynamique appliquée en génie des procédés :
propriétés de corps purs et de mélanges.
grandeurs résiduelles et grandeurs d'excès.
modélisation thermodynamique des équilibres entre phase par approche équation d'état ou par un modèle d'enthalpie libre de Gibbs d'excès.
La simulation moléculaire :
Analogie entre expérience numérique (simulation moléculaire) et observation expérimentale classique.
Analogie entre expérience numérique (simulation moléculaire) et thermodynamique statistique, notamment notions communes de mécanique statistique et de potentiel d'interaction.
Modèles d'interaction en mécanique moléculaire : champ de force.
Techniques d'échantillonnage des états du systèmes.
dynamique moléculaire.
Monte Carlo.
Autres techniques d'échantillonnage (Gibbs Ensemble Monte Carlo, Gibbs, Duheim Integration, Histogram reweighting).
Trucs et astuces de la simulation moléculaire.
conditions périodiques.
biais configurationnels.
Obtention des propriétés.
calcul de moyennes et d'erreurs statistiques.
fonctions de corrélations.
