Coûts entropiques pour protocoles Browniens

Entropic costs for Brownian protocols

• Auteur / Autrice : Luís Barbosa Pires
• Direction : Cyriaque Genet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie-physique
• Date : Soutenance le 14/12/2023
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de science et d’ingénierie supramoléculaires (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Paul-Antoine Hervieux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Loïc Rondin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sabine Klapp, Yann Louyer
• DOI : 10.70675/90f05fb2zcaadz4bcfza23az2cd6ea922029

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mouvement brownien

Thermodynamique hors équilibre

Mots clés libres

Mouvement brownien confiné

Ingénierie des bains thermiques

Thermodynamique hors équilibre

Coûts thermodynamiques

Optimisation

Confined brownian motion

Thermal bath engineering

Non-equilibrium thermodynamic

Thermodynamic costs

Optimisation

Résumé

Cette thèse présente une approche expérimentale pour contrôler le paysage énergétique d'une particule Brownienne piégée par ingénierie du bain thermique par pression de radiation modulée stochastiquement. Cette approche permet la mesure des coûts énergétiques et entropiques impliqués dans les protocoles hors-équilibre dépendant du temps. Ces coûts permettent de définir des protocoles isothermes et isochores (changements de température dans un potentiel constant) optimaux et de révéler des propriétés intéressantes, telles qu'une asymétrie entre processus de chauffe et de refroidissement. Pour obtenir une description thermodynamique cohérente, nous proposons une nouvelle méthode pour mesurer l'entropie du système le long d'une trajectoire stochastique, basée sur la relation entre le micro-état instantané de non-équilibre et le macro-état d'équilibre correspondant. Ce travail étudie la mécanique et de la thermodynamique des processus Browniens isothermes et isochores hors équilibre.

This thesis presents an experimental approach to control the energetic landscape of a confined Brownian particle through thermal bath engineering using a stochastically modulated radiation pressure force. This approach motivates the quantitative assessment of the energetic and entropic costs involved in time-dependent non-equilibrium protocols. These costs once identified make it possible to design optimal isothermal and isochoric protocols (temperature changes in a constant potential) and to reveal interesting features, such as an asymmetry between heating and cooling processes. To make a consistent thermodynamic description, we propose a new method for measuring the system entropy along a stochastic trajectory based on the relationship between the instantaneous non-equilibrium micro-state and the corresponding equilibrium macro-state. This work provides a comprehensive study of the mechanics and thermodynamics of non-equilibrium isothermal and isochoric Brownian processes.