Vous pourrez découvrir ce qui m’a occupé ces trois dernières années pendant lesquelles j’ai essayé de répondre à la question suivante : existe-t-il une notion de potentiel chimique pour des systèmes stationnaires hors équilibre ? Aussi technique que cela puisse paraître, vous verrez que finalement, cette question n’est pas différente de celle qui demande ce qu’est la température, ou encore ce qu’est la pression d’un gaz. Ces quantités permettent de décrire et d’expliquer tout un ensemble de phénomènes aussi naturels que le refroidissement de votre tasse de café, qui finit par avoir la même température que l’air ambiant, la migration de l’eau dans le corps par pression osmotique, etc. Tous ces phénomènes sont en fait reliés à des échanges d’énergie, de volume et de matière/masse dont les flux sont décrits par ces quantités que sont la température, la pression et le potentiel chimique. Mais lorsqu’un système est maintenu « hors équilibre » par une force extérieure, ces notions ne sont plus applicables a priori : la notion de température d’un système macroscopique n’est par exemple plus vraiment définie. L’objectif de mon travail est de voir ce qu’il en est pour la notion de potentiel chimique — qui, contrairement à la température, a plus de chance de pouvoir être défini dans ce cas —, avec l’espoir de pouvoir décrire plus simplement à notre échelle les systèmes dits « hors-équilibres » qui peuplent notre quotidien.

Nous avons pu montré théoriquement sur des systèmes hors-équilibres simples mais génériques, en contact faible, l’existence d’un potentiel thermodynamique hors équilibre — jouant un rôle analogue à l’énergie libre — à partir duquel, sous certaines hypothèses, une notion de potentiel chimique pouvait être dérivée. Néanmoins, il est apparu que ces potentiels chimiques dépendaient significativement de la dynamique au contact, n’obéissant donc à aucune équation d’état contrairement à l’équilibre. Plusieurs exemples allant de systèmes modèles comme les gaz sur réseau à des systèmes réalisables en laboratoire comme des particules auto-propulsées seront discutés, et l’influence du contact, pleinement illustrée.

Contact : sabine.gustave@univ-grenoble-alpes.fr