Tag Archives: Thermodynamique

Au fait c’est quoi l’entropie?

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cant-stop-jeu
J’ai volontairement omis de vous parler d’entropie dans mon dernier billet sur les températures absolues négatives, car cette notion est tellement fondamentale qu’elle méritait un billet à part entière. Inventé au siècle des machines à vapeur, ce concept a été historiquement construit à partir de considérations de chaleur, de pistons, de moteurs etc. Mais à l’aube de la révolution informatique du XXeme siècle, l’entropie a été entièrement redéfinie à partir de la notion d’information et d’incertitude: une belle illustration de l’influence de la société sur la méthode scientifique. Les deux approches sont équivalentes, mais étant moyennement sensible au charme des pistons, je préfère vous présenter la seconde, plus intuitive et pus générale. Une histoire de dés Le « Can’t Stop » est un jeu de société très simple mais très sympa. C’est une sorte de jeu de l’oie où les pions sont des grimpeurs escaladant des colonnes numérotées de 2 à 12. Le but du jeu est de choisir une colonne pour son grimper et qu’il soit le premier à arriver en haut de sa colonne. Pour monter d’un cran sur la colonne 5, il faut faire exactement 5 en lançant deux dés (3 et 2 par exemple ou 4 et 1). Les [...]
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Températures: de l’autre côté du miroir

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devise-shadoks
L’idée que des grandeurs aussi élémentaires que le temps, la vitesse ou la température ne puissent pas aller au-delà de certaines limites (supérieures ou inférieures) est très contre-intuitive. Donc après la vitesse (ici) et le commencement du temps (là), je m’attaque au problème de la température. On va voir que certains systèmes ultra chauds peuvent descendre à des températures bien inférieures au zéro absolu. Oui vous avez bien lu! Il faut lire la suite pour comprendre… Au fait, c’est quoi une température? On explique d’habitude que la température d’un gaz correspond à son agitation moléculaire: plus ses molécules vont vite en moyenne, plus leur énergie cinétique est grande et plus la température du gaz est élevée. Inversement si aucune molécule ne bouge, on a atteint la température la plus basse possible. Les physiciens ont donc défini une échelle des températures -celle de Kelvin- dont le zéro absolu correspond à cette température minimale (-273,15° Celsius). Enfin les règles de la physique quantique interdisent l’immobilité parfaite: il est donc impossible d’atteindre cette température de zéro Kelvin. Dans ce schéma, on ne voit pas bien ce qu’une température négative voudrait dire : on ne peut pas bouger moins que pas du tout! Mais cette définition de [...]
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La constance des changements d’état (3)

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superman
Part 3: Doit-on servir la SOC à toutes les sauces? Résumé des épisodes précédents: les changements d’état de la matière (l’eau qui bout, les métaux qui deviennent superconducteurs ou les ceux qui s’aimantent en dessous d’une température critique par exemple) sont régis par des règles universelles qui relèvent plus de la statistique que de la physique ou de la chimie. Est-ce le même genre de transition critique qui explique qu’on retrouve si souvent des lois de puissance dans de très nombreux domaines? C’est ce que nous allons voir dans ce billet… La criticalité auto-organisée Les petits modèles de percolation et d’embouteillage qu’on a vus précédemment reproduisent toutes les propriétés d’un changement de phase -avec invariance d’échelle, effet de seuil et tout et tout- mais ils ont un défaut majeur: ils ont besoin d’un expérimentateur qui de l’extérieur ajuste le paramètre-clé aux alentours de la valeur critique, sinon ça ne marche pas. Difficile de parler d’auto-organisation dans ces conditions! Le physicien Per Bak fut l’un des premiers à repérer un système très simple capable de se caler de lui-même aux alentours de sa valeur critique. Il s’agit d’un bête tas de sable: Le tas de sable (de riz plutôt), modèle de criticalité auto-organisée. [...]
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Veille de blog de la semaine du 28/01 au 03/02

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Les lions... attention aux contrefaçons
La semaine précédente, sur le C@fé des Sciences En détail : Pourquoi une loupe ne viole pas la thermodynamique par Dr. Goulu sur Pourquoi Comment Combien Traduction d’un article paru sur Ask a Physicist qui répond à une question simple, pertinente et plus intéressante qu’il n’y parait : Pourquoi les lentilles qui concentrent la lumière [...]

La constance des changements d’état (2)

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Part 2: les phases, simple affaire de statistiques… On a vu dans le dernier billet que certains changements de phase exhibent toutes les propriétés de l’auto-organisation: un effet de seuil où le système change brutalement de forme bien sûr, mais aussi une invariance d’échelle des paramètres microscopiques – tels que la concentration des phases, l’orientation magnétique des atomes etc. régis par des lois de puissance leur conférant une étrange coordination collective. Comme on va le voir, cette universalité s’explique par de simples lois statistiques qui  se retrouvent dans d’autres formes de transitions très éloignées de la physique… Le modèle de la percolation Imaginez une très grande grille dont les mailles peuvent être dans deux états: conducteur (en rouge) ou isolant (en blanc). La grille ne laisse passer le courant que s’il existe un chemin continu de conducteurs d’un bord à l’autre. On peut aussi imaginer la grille comme un filtre rempli de café moulu: les mailles sont les interstices entre les grains de café et elles peuvent être soit libres soit bouchées. Le café ne percole à travers le filtre que s’il trouve un chemin libre traversant toute l’épaisseur du café. Au niveau macroscopique, la grille n’a que deux états possibles: « percolante » s’il existe [...]
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La constance des changements d’état

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diagramme-d-etat
J’ai  découvert récemment que de très nombreux changements de phase en physique combinent auto-organisation et fractales, mes deux sujets de prédilection!  Des phénomènes aussi différents que l’aimantation ou le passage à l’état de superconductivité suivent tous la même règle statistique -une loi de puissance- et traduisent un subit changement de comportement collectif à grande échelle… Comment vaporiser de l’eau sans la faire bouillir? Pour transformer de l’eau liquide en vapeur il suffit de la chauffer jusqu’à ce qu’elle bouille. Mais étonnamment, on peut passer d’une phase à l’autre sans ébullition. Il suffit de regarder le diagramme d’état de l’eau pour le comprendre: La courbe d’ébullition indique à quelles conditions de pression et de température l’eau bout (elle passe bien sûr par la température de 100° sous une atmosphère). Mais à 218 bar, cette courbe s’interrompt brusquement: au-delà de ce point critique (en jaune sur le dessin), l’eau se transforme en fluide « supercritique », plus dense qu’un gaz mais beaucoup moins visqueux qu’un liquide. On peut donc rendre un liquide supercritique sans le faire bouillir, puis passer  à l’état gazeux, toujours sans discontinuité, en suivant le chemin indiqué par les flèches en bleu. Cet état supercritique trouve un tas d’applications industrielles étonnantes. [...]
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