Documents pour «thermodynamique»

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Affiche du document Thermodynamique, le concept d'énergie et ses vicissitudes

Thermodynamique, le concept d'énergie et ses vicissitudes

Roger BALIAN

1h23min15

  • Physique
En un siècle et demi, le concept d'entropie a pris des formes diverses qui ont étendu son champ d'application depuis la physique vers la chimie, l'informatique, la biologie ou l'économie, et permis de dégager progressivement sa signification. L'entropie fut initialement introduite comme une grandeur thermodynamique dont l'augmentation au cours du temps sert à caractériser l'irréversibilité des processus d'évolution. L'élaboration à la fin du XIXe siècle de la théorie cinétique, qui explique les propriétés macroscopiques des gaz à partir de leur structure à l'échelle atomique, conduit à lui donner une interprétation probabiliste : elle s'identifie à une mesure du désordre existant à petite échelle en raison du nombre immense de configurations que les molécules sont susceptibles de prendre, et elle s'exprime en fonction des probabilités associées à ces configurations. En 1948 est créée la théorie de la communication, où la quantité d'information transmise par un message est définie en s'inspirant de l'expression mathématique de l'entropie. Celle-ci acquiert en retour, peu après, son interprétation moderne : c'est l'information qui nous manque à l'échelle microscopique sur un système parce que nous ne connaissons que ses caractéristiques macroscopiques ; ou encore, c'est la mesure de la complexité de l'état du système. Cette interprétation est corroborée par l'analyse des échanges d'entropie qui accompagnent les transferts d'information ; elle confère à l'entropie un caractère partiellement subjectif.
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Affiche du document La catalyse

La catalyse

Christian MINOT

1h07min59

  • Chimie, Cristallographie, Mineralogie
La plupart des réactions biologiques qui forment le corps humain sont des réactions catalytiques. La catalyse joue un rôle également déterminant dans des processus industriels majeurs comme la synthèse de l'ammoniac, le raffinage du pétrole ou la réduction des oxydes d'azote dans les pots catalytiques. Un catalyseur est un composé qui rend possible une réaction chimique mais qui sort indemne de la transformation. Un catalyseur peut agir sur un acte élémentaire ou sur le bilan d'une réaction complexe ; enfin il peut orienter vers une réaction plutôt qu'une autre. La catalyse concerne tous les domaines de la chimie. La catalyse acido-basique concerne le domaine de la chimie organique. Les catalyseurs dans le domaine de la biochimie sont les enzymes qui doivent épouser une forme complémentaire du substrat pour s'adapter à lui, puis présenter un site actif où la réactivité est modifiée. La catalyse homogène est le domaine de la chimie organométallique ; elle concerne un centre métallique dont l'environnement électronique et géométrique est bien défini, ce qui permet de bien contrôler la réaction. La catalyse hétérogène concerne la science des surfaces et des interfaces. Du point de vue industriel, ces catalyseurs sont les plus employés car ils présentent de nombreux sites actifs qui sont utilisés de nombreuses fois de façon consécutive. Comprendre un processus catalytique, c'est aller au delà d'un simple bilan, cela nécessite de décrire les étapes du voyage partant des réactifs et allant vers les produits. Comprendre la catalyse, c'est décrire la réaction dans son environnement. Cela devrait être de plus en plus le cas durant le prochain siècle et cela devrait permettre d'améliorer les performances des catalyseurs déjà connus.
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Affiche du document L'univers étrange du froid : à la limite du zéro absolu

L'univers étrange du froid : à la limite du zéro absolu

Henri GODFRIN

1h20min03

  • Physique
Au voisinage du zéro absolu de température, la matière se transforme, adoptant des comportements que notre intuition a de la peine à appréhender. Certains gaz liquéfiés deviennent superfluides, s'échappant du réservoir qui les contient comme s'ils défiaient la pesanteur. La supraconductivité apparaît dans les métaux et donne lieu à des courants électriques permanents, utilisés aujourd'hui pour la production de champs magnétiques intenses. L'explication de ces phénomènes étranges apporte un nouvel éclairage dans des domaines que l'on aurait crus très éloignés, comme la dynamique des étoiles à neutrons ou l'évolution de l'Univers après le Big Bang, contribuant ainsi à établir des concepts physiques fondamentaux. Pour atteindre des basses températures qui n'existent pas dans la Nature, les chercheurs ont mis au point des méthodes de réfrigération sophistiquées. Celles-ci ont ouvert un nouveau domaine de recherche, la Physique des très basses températures, particulièrement riche en phénomènes physiques nouveaux qui constituent la source d'applications technologiques de pointe. Au cours d'une promenade à la limite du zéro absolu de température nous explorerons ensemble le royaume du froid.
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Affiche du document Fluides et tourbillons

Fluides et tourbillons

Marcel LESIEUR

1h13min48

  • Physique
"Les récents ouragans sur la France nous ont brutalement rappelé l'importance des fluides tels que l'air et l'eau. Ces fluides obéissent aux lois de la mécanique classique de Newton. Ils sont très instables: dans le sillage d'un obstacle (sur une automobile, un TGV, un avion ou un navire), les différences de vitesse engendrent de magnifiques tourbillons en spirale, qui, tels des vagues sur l'océan, déferlent en turbulence. Cette turbulence est bien décrite à petite échelle par la fameuse "" cascade de Kolmogorov "", où les différences de vitesse entre deux points sont proportionnelles à la puissance un tiers de leur distance. La turbulence est en fait considérée comme un des derniers grands problèmes non résolus de la physique moderne. A l'heure où les biologistes élucident la structure du génome humain, des progrès décisifs sur la structure de la turbulence et des tourbillons qui la composent ont pu être faits par la résolution numérique sur super-calculateur scientifique des équations du mouvement. Un traitement d'image performant permet de visualiser les tourbillons et de suivre leur évolution. Une avancée considérable a en particulier été faite grâce au concept de "" simulation des grandes échelles "", où les fluctuations à petite échelle sont éliminées et modélisées par une viscosité turbulente intelligente. On montre des exemples de ces simulations réalisées à Grenoble (par "" viscosités spectrale ""), avec les anneaux-vortex (responsables des ronds de fumée) dans un jet, et les tourbillons en arche au voisinage d'une paroi et sur une cavité. La simulation numérique est un outil très précieux pour le contrôle de la turbulence en aérodynamique, acoustique, combustion et pollution."
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