Description

La thermodynamique hors équilibre a pour objet de décrire quantitativement des situations où les variables thermodynamique d'un système ne sont pas homogènes ni stationnaires. Cette situation se rencontre lorsque le système évolue de façon transitoire ente deux états d'équilibre distincts, où lorsque l'expérimentateur impose un déséquilibre entre ses deux extrémités. L'étude des systèmes hors équilibre permet de comprendre pleinement le sens du second principe de la thermodynamique.

Les systèmes thermodynamiques répondent à de tels déséquilibres (thermiques, électriques, chimiques)  en organisant le transport de grandeurs extensives conjuguées (conductivité thermique, électrique, transport moléculaire). Les propriétés de transports croisés (thermoélectricité, effet Peltier, thermophorèse) sont à l'origine de multiples applications. 

Les propriétés de transport font partie des caractéristiques essentielles de tout matériau aussi bien structural (isolation thermique, électrique ou au contraire refroidissement des dispositifs et optimisation des consommations électriques) que fonctionnel (thermoélectricité, capteurs et sondes).

Compétences requises

Cours d'Introduction à la thermodynamique, et électrocinétique.

Compétences visées

• Reconnaître et caractériser un système thermodynamique hors équilibre.
• Énoncer les lois du transport thermique, électrique et moléculaire dans les cas les plus courants et connaître les mécanismes microscopiques sous-jacents.
• Caractériser les différents conducteurs électriques (isolants, métaux, semi-conducteurs, électrolytes)
• Faire le lien entre propriétés de transport et des classes importantes de capteurs et dispositifs utiles pour l'instrumentation et les applications.

Syllabus

• Équilibre thermodynamique local et champs thermodynamiques associéS
• Lien entre transport, dissipation et irréversibilité thermodynamique.

• Transports diffusifs: Fourier, Fick, Ohm (notion de viscosité vue en mécanique des fluides)
• Transport convectifs (lien avec la mécanique des fluides, discussion de certaines instabilités type Rayleigh-Benard) et rayonnement thermique
• Le transport de la charge électrique (mobilité ionique et des porteurs, effets de la température d'un rayonnement, cas des semi-conducteurs)
• Description de certains effets croisés (Seebeck, Peltier, Thomson, Soret...)