Chimie appliquée à la géologie
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Ce que couvre le module de Chimie appliquée à la géologie
La thermodynamique chimique fournit les outils pour prévoir si une réaction ou une transformation minérale peut se produire, et dans quel sens. Ce premier chapitre pose le vocabulaire de base — système, grandeurs d'état, chaleur, travail, énergie interne — et énonce le premier principe, socle de tout le module. Ces définitions reviennent systématiquement en début d'examen, souvent sous forme de questions de cours.
Un système est l'ensemble des corps situés à l'intérieur d'une surface fermée, réelle ou imaginaire ; le reste de l'univers constitue le milieu extérieur. On distingue le système ouvert (échange matière et énergie avec l'extérieur), le système fermé (échange seulement de l'énergie) et le système isolé (aucun échange). L'état du système à un instant donné est décrit par des grandeurs physiques ou grandeurs d'état : température T, pression p, volume V, quantité de matière n. Une grandeur est dite d'état lorsque sa variation entre un état initial et un état final ne dépend pas du chemin suivi.
On distingue aussi les variables extensives, proportionnelles à la quantité de matière du système (masse, volume, énergie interne), des variables intensives, indépendantes de la quantité de matière et caractéristiques du comportement interne du système (température, pression, masse volumique). Les variables d'état sont reliées entre elles par une équation d'état, de nature empirique — l'équation des gaz parfaits pV = nRT en est l'exemple le plus connu.
Objectifs : ce que tu sauras à la fin du module
- Système fermé : pas d'échange de matière, seulement d'énergie ; grandeur d'état : sa variation ne dépend que des états initial et final.
- Premier principe : ΔU = Q + W (convention : positif si reçu par le système).
- Le second principe fixe le sens naturel des transformations, que le premier principe ne détermine pas.
- Entropie S : mesure du désordre microscopique ; elle croît quand un système passe à un état plus désordonné ou plus chaud.
- Fonction de Gibbs : G = H - TS ; Δ_rG = Δ_rH - TΔ_rS à température et pression constantes.
- ΔG < 0 : sens direct spontané · ΔG = 0 : équilibre · ΔG > 0 : sens indirect favorisé.
- Un système fermé évolue vers l'état où sa composition n'évolue plus : l'équilibre chimique, atteint quand Δ_rG(T) = 0.
- Équilibre homogène : une seule phase · équilibre hétérogène : plusieurs phases (les solides et liquides purs ont une activité égale à 1).
- Principe de Le Chatelier : le système évolue toujours dans le sens qui s'oppose à la perturbation appliquée.
- Augmentation de T à P constante → sens endothermique ; augmentation de P à T constante → sens qui réduit le nombre de moles de gaz.
- Règle des phases de Gibbs : V = C - φ + 2 ; à pression fixée, un degré de liberté est déjà consommé.
- État métastable : énergie plus haute que l'état stable, mais sans évolution spontanée observable (barrière cinétique).
Cours en ligne — chapitre par chapitre
Le cours de Chimie appliquée à la géologie (S3) est découpé en 7 chapitres rédigés, lisibles gratuitement en ligne et accompagnés de leurs PDF téléchargeables.
Les points clés à retenir en Chimie appliquée à la géologie
Résumé complet de Chimie appliquée à la géologie S3 : les 7 chapitres condensés (premier et second principes, enthalpie libre, équilibres chimiques, Le Chatelier, diagrammes binaires et ternaires), vocabulaire et pièges d'examen.
- Système ouvert (matière + énergie) vs fermé (énergie seule) vs isolé (rien) ; grandeur d'état → variation indépendante du chemin.
- Variables extensives (proportionnelles à la matière : m, V, U) vs intensives (T, p, masse volumique).
- Premier principe : ΔU = Q + W (convention : positif si reçu par le système).
- Le premier principe ne fixe aucun sens d'évolution ; le second principe l'impose via l'entropie S (mesure du désordre).
- Second principe : ΔS_univers ≥ 0 — l'univers évolue spontanément vers plus de désordre.
- ΔS = ΔS_e (échange de chaleur) + ΔS_c (création interne) ; réversible → ΔS_c = 0, irréversible (spontanée) → ΔS_c > 0.
- Fonction de Gibbs : G = H - TS ; Δ_rG = Δ_rH - TΔ_rS à T et p constantes.
- Critère de spontanéité : ΔG < 0 → sens direct spontané · ΔG = 0 → équilibre · ΔG > 0 → sens indirect favorisé.
- À l'équilibre, G est minimale ; une réaction ne progresse que si G du système diminue.
- Équilibre chimique atteint quand Δ_rG(T) = 0 ; réaction limitée (réactifs + produits coexistent) vs totale (produits dominants).
- Phase = ensemble homogène ; équilibre homogène (une seule phase) vs hétérogène (plusieurs phases, ex. solide + gaz).
- Loi d'action de masse (Guldberg et Waage, 1864) : K = f(activités à l'équilibre), K ne dépend que de T, sans unité.
- Principe de Le Chatelier (modération) : le système évolue toujours dans le sens qui s'oppose à la perturbation appliquée.
- Augmentation de T (P constante) → sens endothermique · augmentation de P (T constante) → sens qui réduit le nombre de moles de gaz.
Le vocabulaire de Chimie appliquée à la géologie à connaître
- Grandeur d'état
- variation indépendante du chemin suivi
- Enthalpie H
- H = U + pV, chaleur à pression constante
- Entropie S
- mesure du désordre microscopique
- Enthalpie libre G
- G = H - TS, critère de spontanéité
- Activité
- concentration effective, = 1 pour solide/liquide pur
- Constante d'équilibre K
- rapport des activités à l'équilibre, fonction de T
- Principe de Le Chatelier
- le système s'oppose à la perturbation
- Variance
- nombre de degrés de liberté d'un système en équilibre
- Eutectique
- cristallisation simultanée de deux solides purs
- Péritectique
- réaction liquide + solide → nouveau solide
- Liquidus / solidus
- limites des domaines tout liquide / tout solide
- Cristallisation fractionnée
- séparation cristaux-liquide, différenciation magmatique
Cours (5)
TD et exercices corrigés (5)
Rédigé par l'équipe Biologie Maroc
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