Entropie : thermodynamique – énergie – environnement – économie

Entropie - ISSN 2634-1476 - © ISTE Ltd

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Cette étude se propose d’établir une expression de l’Energie et du rendement optimisé en température dans le cas d’un cycle de Carnot moteur irréversible adiabatique, pour un convertisseur de dimension physique finie et des réservoirs infinis (Température constante). Une étude de sensibilité paramétrique des expressions obtenues est ensuite présentée.

Des premiers pas de la thermodynamique avec Carnot en 1824 aux avancées de la recherche aujourd’hui pour préparer demain. Cet ouvrage offre au lecteur une large vue d’ensemble de la thermodynamique à partir de 22 articles. Sont notamment abordés les aspects historiques de la thermodynamique et aussi la question du devenir de notre planète, les structures du monde vivant, les extensions prometteuses vers le monde quantique, les potentialités de l’énergie solaire. Sont aussi visités les moteurs, les matériaux avec un projet innovant en métallurgie des poudres. Bien d’autres pépites sont à découvrir. Il parle aussi de l’enseignement de la thermodynamique ou de la façon ludique de l’aborder par la BD. En bref un ouvrage très documenté sur l’actualité scientifique du message visionnaire de Carnot de 1824, ouvrant sur demain !

Depuis 1857, le second principe de la thermodynamique est confronté au défi d’un démon, imaginé par Maxwell, qui serait capable de diminuer l’entropie d’un gaz à l’aide d’une information sur son état. La réponse généralement admise à ce défi suggère que l’effacement de cette information compenserait, selon le principe de Landauer, la réduction d’entropie obtenue par le démon. Des expériences récentes portant sur des systèmes physiques à deux états, soumis à des fluctuations thermiques à l’échelle nanoscopique, ont cherché soit à prouver le principe de Landauer, soit à réaliser une machine de Szilard ou un démon de Maxwell. Nous avons écrit les équations et développé un modèle numérique permettant d’observer et de comprendre l’évolution de ces systèmes. Les résultats montrent que l’entropie thermodynamique et l’entropie d’information ne sont pas équivalentes. Ils démontrent également que le principe de Landauer a un domaine d’application limité et que, grâce à une mémoire à deux états, il est possible d’éliminer une faible quantité d’entropie sans dépenser d’énergie, ce qui constitue une violation locale du second principe de la thermodynamique à l’échelle nanoscopique.

The review introduces a recently developed generalized nonequilibrium (NEQ) statistical thermodynamics, called Gen-Th and Gen-GSL-Th, having a mechanical foundation in which stochasticity is introduced but not the second law (SL) by following the Boltzmann-(Carnot-Clausius)-Gibbs-Maxwell (BCGM) proposal. Gen-Th is applicable to any system of any size in any arbitrary state, isolated or not, requires new techniques, clarifies various confusing points such as about generalized and exchange macroworks, and yielding many new results. Distinction between uniform and nonuniform deterministic Hamiltonians and their microstates, operationally defined internal variables and NEQ entropy S in an extended state space, and their temporal evolution are the new tools to formulate Gen-Th. By imposing mechanical equilibrium (stable or unstable) principle (Mec-EQ-P) of analytical mechanics, we formulate a generalized second law (GSL), whose form (but not of SL) remains invariant for both positive and negative temperatures T . The entropy S provides an extension of the Carnot-Clausius approach to equilibrium (EQ) entropy. We clarify the concept of spontaneous processes for both positive and negative NEQ temperatures so that dS ≥ 0 forT >0 and dS < 0 forT < 0 without violating GSL/SL. We prove a no-go theorem for the impossibility of a violation of GSL/SL for spontaneous processes. Any violation of GSL/SL is due to nonspontaneous processes such as a creation of internal constraints that are not covered by GSL/SL. Some examples are given including metastable macrostates during vitrification for positive T . We end with some open problems, some of which are also relevant for glasses.

Dans ce travail, nous proposons une nouvelle démonstration du théorème d’unicité pour une famille d’entropies incluant celle de Shannon. La structure axiomatique classique, proposée par Shannon et Khinchin dans leurs travaux fondateurs, est ici modifiée en utilisant moins d’hypothèses, et surtout sans recourir aux axiomes relatifs à l’entropie thermodynamique, à savoir : le fait que le maximum de l’entropie correspond à une distribution de probabilité uniforme ou que l’entropie est une fonction croissante du nombre total d’états d’un système. Ces deux postulats sont une partie des raisons expliquant le lien de parenté entre les notions d’entropie et d’information.

Le principe d’entropie maximale (maxent) a été proposé comme méthode mathématique inférentielle fondée sur la subjectivité des distributions de probabilité et de l’information associée, ou entropie. Dans ce travail, nous soutenons que, si nous appliquons le principe fondamental du travail virtuel de la mécanique à la dynamique aléatoire des systèmes thermodynamiques, l’annulation du travail virtuel sur l’ensemble du système conduit naturellement à un état d’équilibre maximisant l’entropie thermodynamique. Cette approche est cohérente avec un statut objectif de l’entropie (caractère objectif de la théorie thermodynamique), et préconise de considérer maxent comme une loi physique régissant les comportements de systèmes complexes mêlant information et énergie.

Le présent article propose tout d’abord une revue sélective dédiée aux travaux internationaux, puis ceux publiés dans International Journal of Thermal Services (ancienne Revue Générale de Thermique). Cette revue est la preuve du grand intérêt pour l’optimisation des moteurs thermomécaniques, mais pas seulement. Ainsi, de nombreux articles sont concernés par d’autres systèmes et procédés, dont les machines à cycle inverse (cryogénie, machines frigorifiques, climatisation, pompes à chaleur), mais aussi les systèmes et procédés thermochimiques (piles à combustible). Nous nous concentrons uniquement sur les moteurs thermomécaniques dont celui de Carnot. Nous proposons ici de revisiter les modèles de moteurs thermomécaniques complétés d’extension du modèle de Carnot, vers le modèle de Chambadal, en insistant sur le rôle fondamental de l’entropie de transfert thermique, conjointement à la production d’entropie rendant compte des irréversibilités internes ou externes au convertisseur. Cette partie reste originale à notre connaissance et génère de nouveaux résultats concernant l’efficacité au sens du premier principe correspondant à la puissance maximale du moteur, ainsi que des aspects plus fondamentaux (équipartition, minimum de production d’entropie).

Cet article présente des éléments de techniques et de langage concernant la composition et l’interprétation avec l’instrument de musique numérique (IMN) Karlax. Développé au début des années 2010, cette interface a été louée pour ses qualités de conceptions et s’appuie sur une communauté de compositeurs.rices et interprètes active et un répertoire important. Ainsi, le Karlax constitue un candidat idéal pour aborder une seconde phase d’approfondissement avec un IMN. Jouer du Karlax ou composer pour cet instrument requiert un ensemble de techniques et amène à reconsidérer la place des instruments dans les pratiques musicales. Dans ce sens, l’article propose un examen détaillé de l’interface, commente des techniques spécifiques à partir d’exemples concrets et définit un cadre de réflexion à la fois philosophique et esthétique basé autour des problématiques relatives à la définition d’une identité instrumentale, de la place du geste, des stratégies d’interactions ou encore de la perception.