Fluctuations du travail et de la chaleur dans des systèmes mécaniques hors d'équilibre

Work and heat fluctuations in nonequilibrium mechanical systems

• Auteur / Autrice : Frédéric Douarche
• Direction : Sergio Ciliberto
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Lyon, École normale supérieure (sciences)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Processus stochastiques

Mécanique statistique hors d'équilibre

Mots clés libres

Théorèmes de fluctuation

Dynamique de Langevin

Interférométrie subnanométrique

Interférométrie différentielle

Résumé

Ce travail propose une étude expérimentale au niveau fondamental des fluctuations du travail et de la chaleur dans des sytèmes mécaniques hors d'équilibre, en vue de valider les approches théoriques récentes sur le sujet dues à Jarzynski, Crooks, Gallavotti, Cohen, van Zon et leurs collaborateurs. Dans un premier chapitre, nous introduisons ces nouveaux concepts et motivons la nécessité de réaliser des expériences afin de tester ces nouveaux résultats. Le second chapitre est consacré aux principes ainsi qu'à la réalisation du dispositif de mesure: un interféromètre différentiel inspiré de la technique de Nomarski, permettant de mesurer les déplacements thermiques sub-nanométriques de petits oscillateurs mécaniques dissipatifs. Un troisième chapitre détaille le principe ainsi que la réalisation d'une technique de réduction du bruit originale s'inspirant du filtrage de Wiener, dans le but de s'affranchir du bruit environnemental transmis aux systèmes considérés. Dans les deux derniers chapitres, nous étudions expérimentalement et théoriquement les fluctuations du travail ainsi que de la production de chaleur de petits oscillateurs mécaniques dissipatifs portés dans des états hors d'équilibre.

This thesis presents an experimental study of work and heat fluctuations of mechanical systems driven out of equilibrium. The aim is to test recent theoretical approaches mainly due to Jarzynski, Crooks, Gallavotti, Cohen, van Zon and coworkers. In a first chapter, we introduce these new results and motivate the need for performing experiments to test them. The second chapter is dedicated to the principles and to the experimental apparatus and device: a differential interferometer, inspired from the Nomarski technique, allows us to measure the thermal sub-nanometric displacements of mechanical dissipative oscillators. A third chapter is dedicated to the principle and to the setup of a new denoising technique inspired from Wiener's filtering. This technique allows us to strongly reduce the environmental noise transmitted to the experimental systems of interest. In the last two chapters, we experimentally and theoretically study work and heat production thermal fluctuations of small mechanical dissipative oscillators driven out of equilibrium.