Un certain cycle de Carnot, décrit entre les températures de 120° et de 100°, a eu pour effet de transporter une certaine quantité de calorique, empruntée à un corps dont la température était 120°, sur un autre corps dont la température est 100° ; en même temps, il a fourni une certaine quantité de travail. Si l’on renverse ce même cycle, on obtiendra un nouveau cycle qui fera remonter de la température 100° à la température 120° exactement la quantité de chaleur que le premier cycle a fait descendre de 120° à 100° ; en outre, ce nouveau cycle consommera exactement autant de puissance motrice que le premier en a fourni.
Ces préliminaires posés, venons à la proposition capitale énoncée par Sadi Carnot :
Considérez tous les cycles que l’on peut décrire entre deux mêmes températures, par exemple entre la température de 120° et la température de 100° ; quelle que soit la nature des substances employées à décrire ces cycles, quelle que soit la variété des forces dont elles subissent l’action ou des rouages qu’elles mettent en jeu, toujours, en tous ces cycles, une même quantité de calorique, transportée du foyer au réfrigérant, donnera naissance à une même quantité de puissance motrice. Il n’y a aucun avantage à substituer un de ces cycles à un autre ; ils sont tous également économiques.
Comment Carnot démontre-t-il cette proposition, si paradoxale au premier abord ?
Imaginons que, de deux cycles décrits entre 120° et 100°, le premier soit plus avantageux que le second ; tandis que ces deux cycles transportent la même quantité de chaleur du foyer au réfrigérant, le premier fournit plus de travail que le second. Faisons marcher le moteur qui décrit le premier cycle et employons une partie du travail qu’il produit à faire marcher en arrière la machine construite pour décrire le second cycle ; il nous restera, néanmoins, une certaine quantité de travail disponible, l’excès du travail engendré par le premier cycle sur le travail qu’aurait fourni le second cycle s’il avait été décrit dans le sens direct, qu’il consomme lorsqu’il est décrit en sens inverse. Or, la seconde machine fera remonter du réfrigérant au foyer une quantité de calorique précisément égale à celle que la première transporte du foyer au réfrigérant. Après ces deux opérations simultanées, le foyer et le réfrigérant se retrouveraient tous deux exactement en leur état initial ; on pourrait donc reproduire indéfiniment la même suite d’opérations, engendrant à chaque révolution la même quantité de travail. « Ce serait là non seulement le mouvement perpétuel, mais une création indéfinie de force motrice sans consommation ni de calorique, ni de quelque autre agent que ce soit.
