Academic literature on the topic 'Thermodynamique'

La thermodynamique a été développée au XIXème siècle pour étudier les machines à vapeur exploitant les transformations cycliques d'un fluide calorifique pour extraire de la chaleur de bains thermiques et la convertir en travail, éventuellement stocké dans une batterie. Cette discipline appliquée a finalement permis d'élaborer des concepts fondamentaux tels que l'irréversibilité. La thermodynamique quantique vise à revisiter ces résultats lorsque les fluides calorifiques, bains et batteries deviennent des systèmes quantiques. Ses résultats sont encore essentiellement théoriques.Cette thèse propose donc des méthodes de mesure in situ du travail, directement dans la batterie, et démontre le potentiel de deux plateformes pour ouvrir la voie à l'exploration expérimentale de ce domaine en plein essor.J'ai tout d'abord étudié les systèmes hybrides optomécaniques qui se composent d'un qubit couplé au champ électromagnétique d'une part, et à un résonateur mécanique d'autre part. La fréquence de transition du qubit est modulée par les vibrations du système mécanique, qui exerce ainsi une force sur le système. Le degré de liberté mécanique échange du travail avec le qubit et se comportant donc comme une batterie dispersive, c'est-à-dire dont la fréquence propre est très différente de celle de la transition du qubit. Enfin, le champ électromagnétique joue le rôle du bain. J'ai d'abord montré que les fluctuations d'énergie mécanique de la batterie sont égales aux fluctuations du travail, ce qui permet de mesurer directement l'entropie produite. En conséquence, les systèmes hybrides optomécaniques sont prometteurs pour tester expérimentalement les théorèmes de fluctuations dans un système quantique ouvert. Par ailleurs, j'ai étudié la conversion d'énergie optomécanique. J'ai montré qu'un système hybride optomécanique peut être considéré comme une machine thermique autonome et réversible permettant aussi bien de refroidir le résonateur mécanique que de construire un état cohérent de phonons en partant du bruit thermique.Par ailleurs, j'ai montré qu'il est possible de réaliser un moteur quantique à deux temps extrayant du travail d'un bain unique, non thermique. Le qubit se trouve dans un guide d'ondes unidimensionnel et la batterie est le mode du guide de même fréquence que la transition du qubit. Il s'agit donc d'une batterie résonante, contrairement au cas précédent. Premièrement, le qubit est couplé au bain ingéniéré, source d'énergie et de cohérence, qui le fait relaxer dans une superposition expérimentalement contrôlable d'états d'énergie. Deuxièmement, le bain est déconnecté et du travail est extrait en couplant qubit à un champ cohérent résonant. Ce type de système, appelé atome unidimensionnel, peut être réalisé avec des circuits supraconducteurs ou semi-conducteurs. La cohérence de l'état du qubit améliore les performances de ce moteur à la fois dans le régime classique, où un grand nombre de photons est injecté dans la batterie, et dans le régime quantique des petits nombres de photons.Cette thèse met en évidence le potentiel des systèmes hybrides optomécaniques et des atomes unidimensionnels pour explorer expérimentalement d'une part, l'irréversibilité et les théorèmes de fluctuations dans les systèmes quantiques ouverts, et d'autre part, le rôle de la cohérence dans l'extraction de travail<br>Thermodynamics was developed in the 19th century to study steam engines using the cyclical transformations of a working substance to extract heat from thermal baths and convert it into work, possibly stored in a battery. This applied science eventually led to the development of fundamental concepts such as irreversibility. Quantum thermodynamics aims at revisiting these results when the working substances, baths and batteries become quantum systems. Its results are still mainly theoretical. This thesis therefore propose methods to measure work in situ, directly inside the battery, and demonstrate the potential of two platforms to pave the way to the experimental exploration of this fast-growing field.First, I studied hybrid optomechanical systems which consist of a qubit coupled to the electromagnetic field on the one hand, and to a mechanical resonator on the other hand. The qubit's transition frequency is modulated by the vibrations of the mechanical system that exerts in this way a force on the qubit. The mechanical degree of freedom exchanges work with the qubit and therefore behaves like a dispersive battery, i.e. whose natural frequency is very different from the one of the qubit's transition. Finally, the electromagnetic field plays the role of the bath. I showed that the fluctuations of the mechanical energy are equal to the fluctuations of work, which allows the direct measurement of entropy production. As a result, hybrid optomechanical systems are promising for experimentally testing fluctuation theorems in open quantum systems. In addition, I studied optomechanical energy conversion. I showed that a hybrid optomechanical system can be considered as an autonomous and reversible thermal machine allowing either to cool the mechanical resonator or to build a coherent phonon state starting from thermal noise.Secondly, I showed that a two-stroke quantum engine extracting work from a single, non-thermal, bath can be made. The qubit is embedded in a one-dimensional waveguide and the battery is the waveguide mode of same frequency as the qubit's transition. Therefore, this is a resonant battery, unlike in the previous case. First, the qubit is coupled to the engineered bath, source of energy and coherence, that makes it relax in a experimentally controllable superposition of energy states. Secondly, the bath is disconnected and work is extracted by driving the qubit with a resonant coherent field. This kind of system, called one-dimensional atom, can be implemented in superconducting or semiconducting circuits. The coherence of the qubit's state improves the performances of this engine both in the regime of classical drive, where a large number of photons is injected in the battery, and in the quantum drive regime of low photon numbers.This thesis evidences the potential of hybrid optomechanical systems and one-dimensional atoms to explore experimentally on the one hand, irreversibility and fluctuation theorems, and on the other hand, the role of coherence in work extraction

Le nucléosome est un complexe de protéines qui autorise une meilleure organisation de l'ADN au sein du noyau. L'affinité du nucléosome pour l'ADN varie en fonction de la séquence ce qui altère certains mécanismes biologiques comme la régulation ou l'expression des gènes. La description du chapelet nucléosomal comme un fluide 1D de tiges rigides permet des prédictions excellentes sur les données de reconstitution (in vitro) de nucléosomes. Les différences observées avec le chapelet réel sont interprétées par l'action de facteurs extérieurs au nombre desquels on peut compter : les facteurs de transcription, le remodelage et les chaperonnes. Deux aspects apparaissent essentiels : le positionnement intrinsèque dû à la séquence et le positionnement statistique issu de l'interaction des nucléosomes avec des obstacles. Les conséquences biologiques sont notables : la forme de la chromatine à l'intérieur des gènes et au niveau du promoteur influence la régulation de l'expression<br>The nucleosome is a eukaryotic protein complex whose main role is to organise the DNA inside the nucleus. The affinity of the DNA for the nucleosome depends on the sequence so that essential biological mechanisms such as gene regulation and expression are affected. Modeling the nucleosomal array as a 1D fluid of hard rods yields excellent predictions for in vitro reconstitution data. The discrepencies observed in vivo are interpreted by the action of external factors such as remodellers, transcription factors and haperones. We investigate the intrinsic positioning induced by the sequence as well as the statistical positioning induced by nucleosomes interaction with boundary elements in the energetic profile in which they are set. The nucleosomal array induced by these elements had some biological consequences since the chromatin conformation inside genes and at the promoter influences gene expression

Cette étude est consacrée à la détermination théorique de la composition et des propriétés thermodynamiques des plasmas thermiques à l'équilibre et hors d'équilibre thermodynamique. <br /><br /> Dans le cas des plasmas à l'équilibre thermodynamique, la méthode de la minimisation de l'enthalpie libre est employée. Pour cela, une banque de données thermodynamiques, nécessitant le calcul des fonctions de partition de chaque espèce prise en compte, est constituée. Le formalisme numérique utilisant la méthode de minimisation « steepest descent » de White et al, est rappelé.<br /><br /> Dans le cas des plasmas hors d'équilibre thermique, l'enthalpie libre totale est établie en associant une température à chaque degré de liberté. Les fonctions de partition des espèces diatomiques doivent alors être modifiées. La méthode numérique « steepest descent » de White et al est alors adaptée. Cette méthode de calcul permet plusieurs hypothèses sur les températures internes : rotation, vibration et excitation électronique.<br /><br /> Les méthodes de calculs basées sur la minimisation de l'enthalpie libre, sur les lois d'action de masse, sur une approche cinétique dans le cas des plasmas hors d'équilibre thermique sont comparées. Les deux premières méthodes donnent des résultats identiques mais diffèrent de la troisième. Le calcul des constantes d'équilibre chimique est alors modifié ce qui permet de déterminer la composition des plasmas hors d'équilibre thermique et chimique. <br /><br /> Les calculs sont appliqués à de nombreux plasmas ayant un rapport direct avec les applications industrielles, ou générés à partir de mélanges de gaz étudiés expérimentalement au laboratoire : <br />• disjoncteurs : plasmas de vapeurs d'isolants (PE, POM, PETP, PMMA, PA6-6)<br />• détection des composés polluants émis lors de la combustion du charbon (HAP)<br />• mélange Ar-CO2, O2, N2, H2.<br />De nombreux développements peuvent être envisagés, par exemple : <br />• système polyphasique (solide, liquide) <br />• calcul du déséquilibre thermique en fonction du champ électrique

Cette etude est consacree a la determination theorique de la composition et des proprietes thermodynamiques des plasmas thermiques a l'equilibre et hors d'equilibre thermodynamique. Dans le cas des plasmas a l'equilibre thermodynamique, la methode de la minimisation de l'enthalpie libre est employee. Pour cela, une banque de donnees thermodynamiques, necessitant le calcul des fonctions de partition de chaque espece prise en compte, est constituee. Le formalisme numerique utilisant la methode de minimisation steepest descent de white et al, est rappele. Dans le cas des plasmas hors d'equilibre thermique, l'enthalpie libre totale est etablie en associant une temperature a chaque degre de liberte. Les fonctions de partition des especes diatomiques doivent alors etre modifiees. La methode numerique steepest descent de white et al est alors adaptee. Cette methode de calcul permet plusieurs hypotheses sur les temperatures internes: rotation, vibration et excitation electronique. Les methodes de calculs basees sur la minimisation de l'enthalpie libre, sur les lois d'action de masse, sur une approche cinetique dans le cas des plasmas hors d'equilibre thermique sont comparees. Les deux premieres methodes donnent des resultats identiques mais different de la troisieme. Le calcul des constantes d'equilibre chimique est alors modifie ce qui permet de determiner la composition des plasmas hors d'equilibre thermique et chimique. Les calculs sont appliques a de nombreux plasmas ayant un rapport direct avec les applications industrielles, ou generes a partir de melanges de gaz etudies experimentalement au laboratoire: ? disjoncteurs: plasmas de vapeurs d'isolants (pe, pom, petp, pmma, pa6-6) ? detection des composes polluants emis lors de la combustion du charbon (hap) ? melange ar-co#2, o#2, n#2, h#2. De nombreux developpements peuvent etre envisages, par exemple: ? systeme polyphasique (solide, liquide) ? calcul du desequilibre thermique en fonction du champ electrique

Les gaz ultrafroids permettent d'étudier sous un angle nouveau des hamiltoniens complexes issus de la matière condensée, tels le modèle de Fermi-Hubbard. Cette thèse présente une nouvelle méthode de mesure de l'équation d'état d'un gaz ultrafroid, autorisant une comparaison directe avec la théorie. Elle repose sur une mesure de la pression à l'intérieur d'un gaz à partir de son image in situ. Nous appliquons cette méthode à l'étude d'un gaz de fermions en interaction résonnante, un gaz de 7Li en interaction faible servant de thermomètre. De manière surprenante, aucune des théories à N corps du gaz unitaire ne rend compte intégralement de l'équation déduite de cette analyse. Le développement du viriel extrait des données à haute température est en accord avec la résolution du problème à trois corps. A basse température nous montrons, contrairement à un certain nombre d'études antérieures, que la phase normale se comporte comme un liquide de Fermi. Enfin, nous obtenons la température critique de superfluidité grâce à une signature claire sur l'équation d'état. Nous avons aussi mesuré la pression de l'état fondamental en fonction du déséquilibre de spin et de la force des interactions - mesure directement utile à la description de la croûte des étoiles à neutrons. Nos données valident les simulations Monte-Carlo et sont en accord avec les corrections Lee-Huang-Yang au champ moyen pour un superfluide fermionique ou bosonique. Nous observons que, dans presque tous les cas, la phase partiellement polarisée peut être décrite comme un liquide de Fermi de polarons. La masse effective du polaron déduite de l'équation d'état est en accord avec une étude de modes collectifs.

La méthode de synthèse des fluorotellurates de potassium, thallium et pyridinium en milieu acide fluorhydrique a été mise au point. Un soin particulier a été pris pour élaborer le protocole de séchage de ces produits. La grande réactivité des composés fluorés à l'air a conduit à l'élaboration d'appareillages et de boîtes à gants adaptés à leurs manipulations. L'étude cristallographique a permis la détermination de la structure des différentes formes cristallines ainsi que la détermination des paramètres de maille. L'étude thermodynamique, très complète, de la décomposition des fluorotellurates a nécessité la détermination de leurs constantes thermochimiques. Ceci a été réalisé par l'utilisation de la calorimétrie adiabatique, de la calorimétrie de réaction et de l'analyse thermique différentielle. L'exploitation de ce travail a conduit à la mise ou point d'un générateur de tétrafluorure de tellure, utilisant le fluorotellurate de thallium comme source.

Le remplissage rapide de réservoirs d'hydrogène sous pression conduit à une augmentation simultanée de la température du gaz et des contraintes. Un banc de fatigue thermomécanique instrumenté a été développé afin de simuler ce remplissage rapide sur des éprouvettes multicouches polymère/composite. La validation thermique de ce banc a montré que le liner en polyuréthane constitue une bonne barrière thermique. Une étude sur un multicouche avec différentes séquences d'empilement a permis de montrer l'influence néfaste de la température et d'un palier de maintien à la charge maximale sur sa durée de vie ainsi que l'effet bénéfique de l'alternance des plis du composite. Un drapage "représentatif" des conditions de service du réservoir a été optimisé par calcul analytique et par éléments finis afin d'atteindre les mêmes niveaux de contraintes maximales dans l'éprouvette sollicitée sur le banc de fatigue thermomécanique que ceux atteints dans le réservoir. Pour ce drapage, les résultats ont montré que la fatigue thermomécanique conduit à des durées de vie plus faibles qu'en fatigue mécanique à 1Hz. L'observation d'échantillons sollicités en fatigue thermomécanique montre une localisation des endommagements dans la partie la plus chauffée du composite. De plus, cette sollicitation conduit préférentiellement à des délaminages comparée aux résultats obtenus en fatigue mécanique à 1Hz. Des mesures de champs de déplacement par corrélation d'images ont mis en évidence des concentrations de cisaillement localisées entre certains plis du drapage "représentatif" ainsi qu'un comportement viscoélastique accentué en présence de cyclage thermique, qui seraient à l'origine des endommagements constatés<br>Fast filling of hydrogen pressure vessels leads to a simultaneous increase of gas temperature and stresses. An instrumented thermomechanical fatigue test bench has been developed to simulate fast filling on flat coupons made of polymer/composite multilayers. Thermal validation of this test bench shows that polyurethane is an efficient insulating material. Study of multilayers with different stacking sequences has shown a harmful influence of temperature and of a constant stress level stage on multilayer behaviour and that alternation of different orientation layers in the composite part is beneficial for the multilayer. A stacking sequence "representative" of vessel life service has been optimized by analytical and finites elements calculations to reach the same maximum stress levels in flat coupon tested on test bench than maximum stress levels reached in pressure vessel. Thermomechanical fatigue on this stacking sequence leads to lower fatigue life than 1Hz mechanical fatigue. Observation on flat coupons submitted to thermomechanical fatigue tests shows damage localization in the most heated part of the composite. Moreover, thermomechanical fatigue tests lead preferentially to delimitations comparatively to results obtained with 1Hz mechanical fatigue tests. Displacements fields measured in "representative" flat coupon by digital image correlation method show high shear strain localization between different plies and a significant viscoelastic behaviour of composite part, reinforced by thermal cycling, which could explain observed damage

Ce memoire traite de l'etude thermodynamique du systeme au-bi-pb. L'utilisation, et l'automatisation, des methodes calorimetriques et potentiometriques nous a permis de determiner les variations d'enthalpie libre, d'enthalpie et d'entropie, integrales et partielles du plomb pour ces alliages. Par ailleurs, nous avons estime ces grandeurs thermodynamiques, sur l'ensemble du domaine de concentration, en utilisant differents modeles et relations. Enfin, par l'etude des capacites calorifiques a pression constante, nous avons propose quelques temperatures de transition solide-solide et solide-liquide du diagramme d'equilibre des phases du systeme au-bi-pb