Résumé
Le premier cours a été principalement consacré à une introduction aux systèmes hors d’équilibre et à des rappels, comme par exemple celui de la définition macroscopique de l’entropie en thermodynamique. Cette définition repose sur les postulats suivants :
- L’entropie n’est définie que pour des systèmes à l’équilibre ;
- L’entropie est une fonction d’état : elle ne dépend pas de l’histoire du système, mais seulement des variables macroscopiques qui le caractérisent ;
- L’entropie est additive ;
- Lors d’une transformation quelconque, l’entropie d’un système isolé ne peut qu’augmenter. Elle reste constante lorsque la transformation est réversible ;
- L’entropie d’un thermostat est proportionnelle à son énergie et le coefficient de proportionnalité définit la température du thermostat.
Ces postulats ne permettent a priori de ne définir que l’entropie des thermostats. L’entropie d’un système quelconque à l’équilibre en découle en effectuant des transformations réversibles, et en écrivant que, lors de ces transformations, la somme du changement d’entropie du système et de celui des thermostats est nulle. On peut ainsi retrouver les résultats classiques de la thermodynamique relatifs au second principe comme l’inégalité de Clausius, la borne de Carnot sur le rendement d’une machine thermique ou l’impossibilité du mouvement perpétuel. Ce point de vue purement thermodynamique ne peut pas se généraliser à des systèmes hors d’équilibre, même dans un régime stationnaire et il n’y a pas alors de définition macroscopique de l’entropie. Un corollaire en est que, dans un régime stationnaire hors d’équilibre, contrairement à l’équilibre, les forces thermodynamiques ne dérivent plus d’un potentiel.
