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Le zéro absolu est bien hors de portée
Actualités

Le zéro absolu est bien hors de portée

Le troisième principe de la thermodynamique, qui implique l’impossibilité de refroidir un système jusqu’au zéro absolu (–273,15 °C), a souvent été contesté faute d’une démonstration solide. Le sujet est d’autant plus crucial et d’actualité que la tendance à étudier des systèmes quantiques microscopiques amène à se poser la question de la définition de la température pour ces systèmes. En effet, de nombreux dispositifs quantiques requièrent d’être refroidis à des températures proches du zéro absolu, comme certains matériaux qui deviennent supraconducteurs à basse température. Cela a conduit les physiciens à repenser les principes de la thermodynamique, établis entre le XIXe et le XXe siècles. Mais si les deux premiers principes (conservation de l’énergie, irréversibilité des phénomènes physiques avec échange thermique) reposaient sur des fondations robustes, il n’en était pas autant du troisième principe. Lluís Masanes et Jonathan Oppenheim, de l’University College de Londres, ont proposé une nouvelle démonstration de ce principe qui a l’intérêt de se généraliser à des systèmes quantiques.

Le troisième principe de la thermodynamique a été formulé de diverses façons. En 1906, le physicien et chimiste allemand Walther Nernst l'énonce de la façon suivante : l’entropie (une grandeur qui caractérise le désordre du système) d’un système à zéro kelvin est une constante bien définie (et serait exactement nulle pour un cristal parfait). En 1912, il en donne une autre formulation, qui est une conséquence de la précédente : il n’existe aucune procédure capable de refroidir un système à zéro kelvin en un nombre fini d’étapes, donc dans un temps fini. Faute d’une preuve fondée sur des arguments fondamentaux, la validité de ce principe a souvent été contestée, notamment par Albert Einstein mais aussi par des physiciens proposant des protocoles de refroidissement.

L’approche adoptée par Lluís Masanes et Jonathan Oppenheim est d’exprimer la température du système que l'on veut refroidir en fonction de la durée, qui peut être atteinte indépendamment du protocole choisi (celui-ci peut être quantique). Pour l’établir, les deux chercheurs ont transposé le problème de la thermodynamique à celui de la théorie de l’information quantique. En effet, il existe de grandes similarités entre la notion d’entropie physique de la thermodynamique et d’entropie mathématique en théorie de l’information telle que développée par Claude Shannon et poursuivie par Andreï Kolmogorov. Les chercheurs ont comparé une machine thermique, qui refroidit un système en transférant son énergie dans un réservoir, à un ordinateur universel de Turing effectuant des calculs. Par cette procédure, ils ont pu quantifier de façon rigoureuse la température qui peut être atteinte en un temps fini.

Comme on peut s’y attendre, un système fixe, de taille finie, ne peut transférer qu’une certaine quantité d’énergie en un temps fini. Et en un temps fini, un tel système ne peut exploiter un réservoir de taille infinie pour y transférer son énergie. De plus, la vitesse de transfert diminue à mesure que la température se rapproche du zéro absolu, de sorte qu’il est impossible d’atteindre le zéro absolu. Les chercheurs confirment donc l’énoncé du troisième principe de la thermodynamique en consolidant et en généralisant sa démonstration.


Source : Pour la science
Crédit : Shutterstock.com/Kondor83

Certains dispositifs nécessitent d’être refroidis, par exemple à l’aide d’azote liquide. Mais pourrait-on aller jusqu’au zéro absolu ? Il semble bien que non.

Le zéro absolu est bien hors de portée Actualités

Le zéro absolu est bien hors de portée

Le troisième principe de la thermodynamique, qui implique l’impossibilité de refroidir un système jusqu’au zéro absolu (–273,15 °C), a souvent été contesté faute d’une démonstration solide. Le sujet est d’autant plus crucial et d’actualité que la tendance à étudier des systèmes quantiques microscopiques amène à se poser la question de la définition de la température pour ces systèmes. En effet, de nombreux dispositifs quantiques requièrent d’être refroidis à des températures proches du zéro absolu, comme certains matériaux qui deviennent supraconducteurs à basse température. Cela a conduit les physiciens à repenser les principes de la thermodynamique, établis entre le XIXe et le XXe siècles. Mais si les deux premiers principes (conservation de l’énergie, irréversibilité des phénomènes physiques avec échange thermique) reposaient sur des fondations robustes, il n’en était pas autant du troisième principe. Lluís Masanes et Jonathan Oppenheim, de l’University College de Londres, ont proposé une nouvelle démonstration de ce principe qui a l’intérêt de se généraliser à des systèmes quantiques.

Le troisième principe de la thermodynamique a été formulé de diverses façons. En 1906, le physicien et chimiste allemand Walther Nernst l'énonce de la façon suivante : l’entropie (une grandeur qui caractérise le désordre du système) d’un système à zéro kelvin est une constante bien définie (et serait exactement nulle pour un cristal parfait). En 1912, il en donne une autre formulation, qui est une conséquence de la précédente : il n’existe aucune procédure capable de refroidir un système à zéro kelvin en un nombre fini d’étapes, donc dans un temps fini. Faute d’une preuve fondée sur des arguments fondamentaux, la validité de ce principe a souvent été contestée, notamment par Albert Einstein mais aussi par des physiciens proposant des protocoles de refroidissement.

L’approche adoptée par Lluís Masanes et Jonathan Oppenheim est d’exprimer la température du système que l'on veut refroidir en fonction de la durée, qui peut être atteinte indépendamment du protocole choisi (celui-ci peut être quantique). Pour l’établir, les deux chercheurs ont transposé le problème de la thermodynamique à celui de la théorie de l’information quantique. En effet, il existe de grandes similarités entre la notion d’entropie physique de la thermodynamique et d’entropie mathématique en théorie de l’information telle que développée par Claude Shannon et poursuivie par Andreï Kolmogorov. Les chercheurs ont comparé une machine thermique, qui refroidit un système en transférant son énergie dans un réservoir, à un ordinateur universel de Turing effectuant des calculs. Par cette procédure, ils ont pu quantifier de façon rigoureuse la température qui peut être atteinte en un temps fini.

Comme on peut s’y attendre, un système fixe, de taille finie, ne peut transférer qu’une certaine quantité d’énergie en un temps fini. Et en un temps fini, un tel système ne peut exploiter un réservoir de taille infinie pour y transférer son énergie. De plus, la vitesse de transfert diminue à mesure que la température se rapproche du zéro absolu, de sorte qu’il est impossible d’atteindre le zéro absolu. Les chercheurs confirment donc l’énoncé du troisième principe de la thermodynamique en consolidant et en généralisant sa démonstration.


Source : Pour la science
Crédit : Shutterstock.com/Kondor83

Certains dispositifs nécessitent d’être refroidis, par exemple à l’aide d’azote liquide. Mais pourrait-on aller jusqu’au zéro absolu ? Il semble bien que non.

LE GUIDE Naturellement

Agenda . . .

11 - Aude

►Le 27 décembre 

ATELIER 
"FABRIQUE TA CITÉ !"

Les vendredis après-midi pendant les vacances scolaires, petits et grands bâtisseurs pourront s’essayer à la construction d’une ville romaine avec différents jeux d’architecture : des LEGO®, des KAPLA® et d’autres merveilles encore. Notre équipe vous accompagnera dans cette aventure à partager en famille. Venez redonner vie à notre cité disparue !

EPCC Narbo Via
2 avenue André Mècle
11100 Narbonne
04 68 90 28 90
https://narbovia.fr

►Jusqu'au 5 janvier 2025

EXPOSITION
"ESCALE EN MÉDITERRANÉE ROMAINE – LES PORTS ANTIQUES DE NARBONNE"

À travers plus de 150 objets, cette exposition met en valeur les principaux sites du système portuaire narbonnais, inscrit le port de Narbo Martius dans le réseau des ports de commerce romains de Méditerranée occidentale, et détaille ses activités et métiers. Cette exposition place le public dans un rôle d'archéologue et lui fait vivre une expérience sensorielle unique.

EPCC Narbo Via
2 avenue André Mècle
11100 Narbonne
04 68 90 28 90
https://narbovia.fr

2B - Haute-Corse

►Jusqu’au 21 décembre 

EXPOSITION
"CORSICA RUMANA, UNE ÎLE MÉDITERRANÉENNE À L’ÉPOQUE ROMAINE"

La problématique de cette grande exposition est de démontrer comment l’espace insulaire et sa population ont été intégrés dans la sphère d’influence romaine entre le IIe siècle avant J.-C. et le IIIe siècle après J.-C. A travers près de 600 objets et documents – pour la plupart inédits – c’est à un véritable voyage sur les traces de la romanité de l’île que les visiteurs sont conviés.

Musée de Bastia
Place du donjon
La Citadelle
20200 Bastia
04 95 31 09 12
https://musee.bastia.corsica

21 - Côte d'Or

►Jusqu'au 5 janvier 2025

EXPOSITION 
"OCÉAN, ICI COMMENCE LA VIE"

Une exposition fascinante, captivante pour explorer, observer, découvrir, admirer, comprendre, agir… et prendre conscience de l'importance cruciale de l'océan dans l'équilibre de notre planète.

Le Jardin de l'Arquebuse
1 avenue Albert 1er & 14 rue Jehan de Marville 
21000 Dijon
03 80 48 82 00
www.ma-nature.dijon.fr

25 - Doubs

►Jusqu'au 9 mars 2025

EXPOSITION 
"À L'AFFÛT"

À travers son art, le photographe animalier et grand voyageur, exprime ses rêves, ses émotions et ses rencontres en captant l'instant, celui de l’animal au cœur de son environnement. 

Saline royale
Grande Rue
25610 Arc et Senans
03 81 54 45 13
www.salineroyale.com

34 - Hérault

►Jusqu'au 9 mars 2025

EXPOSITION
"TISSER L'IMAGINAIRE"

Construite en partenariat avec le Mobilier national, l’exposition explore la notion d’Imaginaires dans l’art de la tapisserie. Récit d’aventures imaginaires transposées, illustration de contes et de fables, exploration de sentiments, de visions de l’esprit, représentations d’ailleurs imaginés ou rêvés, l’exposition montre les différentes formes que peut prendre l’imaginaire selon les artistes, les époques.

Musée de Lodève
Square George Auric
34700 Lodève
04 67 88 86 10
www.museedelodeve.fr

37 - Indre et Loire

►Jusqu'au 5 janvier

"NOEL AU PAYS DES CHÂTEAUX, CHENONCEAU, UN NOËL DE PORCELAINE"

En partenariat avec la maison Bernadaud, le Château de Chenonceau propose une visite autour de la spécialité de cette famille depuis 5 générations : la porcelaine de Limoges. Découvrez l'association de deux savoirs-faire : la porcelaine et l’art de la table d’un côté et les compositions florales de l’Atelier floral du Château de Chenonceau de l’autre.

Château de Chenonceau
37150 Chenonceaux
02 47 23 44 06
www.chenonceau.com

38 - Isère

►Jusqu'au 30 mars 2025

EXPOSITION
"ARCABAS, L’ÉTOFFE HAUTE EN COULEUR"

Outre les toiles de jute et l’impression sur soie que l’on retrouve dans l’église de Saint-Hugues, l’exposition présente des objets textiles conçus par Arcabas. Dans son œuvre picturale dont certains tableaux sont également présentés, les motifs des costumes, les drapés témoignent d’une recherche plastique constante.

Musée arcabas en Chartreuse
Eglise de Saint-Hugues
38380 Saint-Pierre-de-Chartreuse
04 76 88 65 01
https://musees.isere.fr

42 - Loire

►Le 7 décembre

"CAFÉ TRICOT"

Le musée invite les amatrices et amateurs de tricot à son deuxième café tricot ! L'occasion de profiter d'un moment de partage et de convivialité avec d'autres passionné(e)s autour d'un goûter ! A l'issue de cette journée, les carrés seront envoyés à l'association Tricote un sourire et rejoindront une œuvre collective. Participation gratuite. Matériel non fourni.
 
Musée du Tissage et de la Soierie
125 place Vaucanson
42510 Bussières
04 77 27 33 95
www.museedutissage.com

►Jusqu'au 5 janvier 2025

EXPOSITION 
"POUPÉE N’EST PAS JOUER" 

L’exposition est consacrée aux différentes fonctions que peut prendre la poupée dans notre société quand elle n’est plus un simple jouet destiné aux enfants. Elle devient alors support de réflexion et d’analyse sur des phénomènes d’ordre historique, anthropologique, médical, social ou artistique...

Musée d’Allard
13 boulevard de la Préfecture
42600 Montbrison
04 77 96 39 15
www.facebook.com/museeallard

63 - Puy de Dôme

►Jusqu'au 23 février 2025

EXPOSITIONS
"DOUBLE PARADISO"

L'exposition Double Paradiso a ouvert ses portes. Du jardin des délices à la forêt du Petit chaperon rouge, embarquez pour un voyage imaginaire qui vous mènera dans l'univers captivant de Matteo CIbic, talentueux designer italien. Ses créations hybrides et humoristiques viendront ponctuer votre découverte de l'exposition présentée simultanément au musée Mandet et au Musée régional d'Auvergne.

Musée Mandet
14 rue de l’Hôtel de Ville - 63200 Riom
Musée régional d’Auvergne
10 bis rue Delille - 63200 Riom
04 73 38 18 53
www.rlv.eu/musees

68 - Haut-Rhin

►Jusqu'au 30 décembre

MINI-EXPOSITION
“MARTINE, UNE PETITE AMIE DE 70 ANS”

Martine en a bercé des générations de petites lectrices depuis sa premièreaventure en 1954 ! Plus de 120 millions de livres vendus en langue française, 50millions en langues étrangères ! Les textes de Gilbert Delahaye, superbementillustrés par Marcel Marlier, ont rendu Martine la plus populaire des héroïnes denotre enfance. 

La Nef des Jouets
12 rue Jean Jaurès
68360 Soultz
03 89 74 30 92
www.ville-soultz.fr

►Jusqu'au 30 décembre

EXPOSITION
"IL Y A 50 ANS : LES PREMIERS PLAYMOBIL®"

Les collectionneurs Frédéric Roy et Eddy Barrois présentent plusieurs dioramas sur des thèmes divers : l’espace, le Moyen-Age, les travaux publics, le Far-West, le cirque, les pompiers. Exposition de plus de 800 références et d’une trentaine de prototypes de 1974  à la fin des années 1980. Ouvert tous les jours sauf les mardis, de 14 h à 18 h.

La Nef des Jouets
12 rue Jean Jaurès
68360 Soultz
03 89 74 30 92
www.ville-soultz.fr

71 - Saône et Loire

►Jusqu'au 24 décembre

EXPOSITION
"LE CHAROLAIS, UN PAYSAGE DE BOCAGE"

Installée au dernier étage de la Maison du Charolais, cette exposition retrace l'histoire du bocage charolais, sa composition, son rôle et les enjeux de sa préservation pour la faune et la flore, ainsi que pour les habitants de ce beau territoire rural.

La Maison du Charolais
43 route de Mâcon (RCEA N79 sortie 12)
71120 Charolles
03 85 88 04 00
www.maison-charolais.com

75 - Paris

►Les 21 & 28 décembre

"ATELIERS EN FAMILLE"
MUSÉE DES PLANS-RELIEFS

Le 21 décembre : "Les p’tites histoires du Mont Saint-Michel" (6-8 ans). Pour écouter les histoires et légendes du Mont Saint-Michel et réaliser en famille une petite carte pop-up du Mont.
Le 28 décembre : "Ma ville en plan-relief" (6-12 ans). Pour découvrir les techniques de fabrication des maquettes dans le musée et réaliser un plan-relief géant collectif en atelier. Peinture, feutres, cartons et imagination seront au rendez-vous !

Musée des Plans-Reliefs
129 rue de Grenelle 
Hôtel des Invalides    
75007 Paris    
01 45 51 92 45
www.museedesplansreliefs.culture.fr

►Jusqu'au 22 février 2025

EXPOSITION
"CLEMENCEAU CROQUÉ PAR SEM"

Le parcours de l’exposition-focus présente les débuts artistiques de Sem, le chroniqueur de la Belle Époque. Le parcours aborde sa carrière dans la presse et sa brève collaboration avec Clemenceau en 1913. Au moment où la guerre éclate, Sem devient correspondant de guerre pour plusieurs journaux et profite de cette période pour peaufiner l’imagerie clemenciste.

Musée Clemenceau
8 rue Benjamin Franklin
75116 Paris
01 45 20 53 41
https://musee-clemenceau.fr

►Jusqu'au 11 mai 2025

EMPREINTE CARBONE, L'EXPO !

Conçue pour un public familial et articulée en trois parties, Empreinte carbone, l’expo ! vise à déconstruire les présupposés et les idées reçues sur notre empreinte carbone, à en examiner les mécanismes et à proposer aux visiteurs un espace de réflexion sur les actions à mener face au défi du changement climatique. 

Musée des Arts et Métiers
60 rue Réaumur
75003 Paris
01 53 01 82 63
www.arts-et-metiers.net

76 - Seine maritime

►Du 6 au 8 décembre

"NOËL AU CHÂTEAU" DE MIROMESNIL 

Depuis plusieurs années, le Marché de Noël de Miromesnil est connu pour ses décorations proportionnelles au château. Cetteannée, une fois de plus, le château va vous plonger dans la féerie de Noël et vous proposer de nombreuses surprises ! Illuminations, sapins... Du blanc, du rouge, du vert, du doré... Étoiles et boules seront au rendez-vous.

Château de Miromesnil
76550 Tourville-sur-Arques
02 35 85 02 80
www.chateaumiromesnil.com

77 - Seine et Marne

►Jusqu'au 5 janvier

"LE GRAND NOEL"
VAUX-LE-VICOMTE

Vaux-le-Vicomte vous invite à plonger dans l’univers des contes pour sa nouvelle édition du Grand Noël. Entre décors somptueux, feux de cheminée et projections monumentales, laissez-vous émerveiller. 
Une expérience magique pour toute la famille en compagnie de Casse-Noisette, Blanche Neige ou encore Alice au Pays des Merveilles. 

Château de Vaux-le-Vicomte
77950 Maincy
https://vaux-le-vicomte.com

84 - Vaucluse

►Le 14 décembre 

CONCERT 
"LES POLYPHONIES BOURLINGUEUSES"

Nous vous invitons à un voyage à travers les chants des traditions populaires, passant par l’Occitanie, la Corse, le Béarn, le Moyen-Orient, la Géorgie, le Congo, la Tchéquie, la Bosnie, la Serbie, l’Afrique du Sud et d’autres encore. Ces chants expriment la vie quotidienne, les luttes, l’imaginaire et la spiritualité de ces régions ou de ces pays. 

Château de Lourmarin
2 avenue Laurent Vibert
84160 Lourmarin
04 90 68 15 23
www.chateaudelourmarin.com

►Jusqu'au 31 décembre 

EXPOSITION 
"CIRCUIT COURT"

Une exposition sous le signe du "local", et du mouvement. Paysages, scènes de la vie quotidienne, portraits et natures mortes, peintres des 19e et 20e siècles liés à Avignon ou sa région, œuvres issues de collections particulières des environs d'Avignon et du musée Vouland. 

Musée Louis Vouland
17 rue Victor Hugo
84000 Avignon
04 90 86 03 79
www.vouland.com

►Jusqu'au 30 avril 2025

EXPOSITION 
"LES LIEUX IMAGINAIRES" 

A travers le travail de quelques artistes et architectes, nous nous interrogerons sur les façons et les lieux où nous vivrons dans l’avenir. Entre vénération du présent, visions futuristes et perspectives révolutionnaires offertes par l’intelligence artificielle, il s'agira de scénarios pour les nouvelles générations, fondés sur une profonde compréhension du passé.  

Château de Lourmarin
2 avenue Laurent Vibert
84160 Lourmarin
04 90 68 15 23
www.chateaudelourmarin.com

88 - Vosges

►Jusqu'au 31 décembre

"LA FORÊT ENCHANTÉE DES CRÉATEURS"
EPINAL

Pour Noël, la galerie du Bailli devient une forêt enchantée. Cette balade féérique vous invite à explorer un marché de Noël dans un décor naturel et poétique où vous retrouverez des créations uniques.

Office de Tourisme
6 place Saint-Goëry
88000 Epinal
03 29 82 53 32
www.tourisme-epinal.com

►Les 7 & 8 décembre

"LES FEUX D'ARTIFICE DE LA SAINT-NICOLAS"
EPINAL

À Épinal et Gruey-lesSurance, après le défilé de la Saint-Nicolas, les feux d'artifice illuminent le ciel, clôturant la fête en beauté. Chaque éclat de lumière émerveille la foule, créant une atmosphère magique et féérique.

Office de Tourisme
6 place Saint-Goëry
88000 Epinal
03 29 82 53 32
www.tourisme-epinal.com

Lieux:
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