Marc Lagoin
Post doctoral fellow, LOMA, formerly ENS Lyon, France
https://www.loma.cnrs.fr/marc-lagoin/
Thermodynamics in macroscopic stationary yet out of equilibrium systems : Maxwell’s demon and stochastic thermal machines
Since 1950, many out of equilibrium experiments have been proposed due to the evolution of both monitoring and observation methods at the microscopical scale. These experiments have allowed researchers to test many fundamental thermodynamics theorems such as the Landauer principle. However, such experiments tend to require savvy experimental setups. In this thesis, we transpose microscopical behaviours at the macroscopical scale. To that end, we choose to use a blade immersed in a granular gas as the Brownian particle. We then use electomechanical induction to probe the blade motion. Using this ingenious probe, we experimentally realise thermodynamical machines far from the thermodynamic limit where the observable quantities show wide uctuations. On the one hand, we build several Maxwell’s demons, such as the famous Szilard engine. On the other hand, we build a two-particle refrigerator. This work allows us to test limits of theorems and paves the way for future fundamental developments.
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Thermodynamique dans les systèmes stationnaires hors équilibre macroscopiques : démons de Maxwell et machines thermiques aléatoires
Grâce à l’évolution des techniques d’observation et de manipulation à l’échelle microscopique, de nombreuses expériences de thermodynamique hors de l’équilibre ont vu le jour depuis 1950. Ces expériences ont permis de mettre en évidence et de tester expérimentalement de nombreux théorèmes de thermodynamique comme le principe de Landauer. Cependant, sonder dynamiquement des comportements à l’échelle microscopique demande un lourd travail d’instrumentation.
Dans cette thèse, on propose de transposer les comportements microscopiques à l’échelle macroscopique. Pour cela, on propose de remplacer la particule brownienne microscopique par une pale plongée dans un gaz granulaire dont on sonde le mouvement par induction électromécanique. On utilise alors ce montage ingénieux pour réaliser expérimentalement plusieurs machines. Ces dernières sont loin de la limite thermodynamique ce qui permet de grandes uctuations des quantités observables. D’une part, on réalise des démons de Maxwell, dont une machine de Szilard. D’autre part, on construit un réfrigérateur à deux particules. Ces expériences permettent de tester les limites d’application des théorèmes et d’ouvrir de nouvelles perspectives.