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Séminaire de Mécanique d'Orsay

Le Jeudi 5 juillet 2018 à 14h00 - Salle de conférences du LIMSI

Machines thermodynamiques à temps fini : vers un modèle métabolique

Christophe Goupil
LIED, Univ. Paris Diderot

La thermodynamique fournit un cadre approprié pour décrire et analyser la riche variété des sources d'énergie existantes et les processus permettant sa conversion d'une forme à l'autre. Pourtant, parmi tous les convertisseurs d'énergie connus, artificiels ou non, les organismes vivants représentent toujours un formidable défi en termes de modélisation thermodynamique en raison de leur grande complexité, qui dépasse de loin celle de tout autre système artificiel ou naturel. La conversion d'énergie dans le corps vivant est stimulée par le métabolisme, qui assure, grâce à des réactions chimiques au niveau cellulaire et à d'autres fonctions vitales, la fourniture de la chaleur nécessaire pour maintenir une température corporelle normale, ainsi que, dans une moindre mesure, l'énergie nécessaire à l'effort et au mouvement musculaire. Les corps vivants étant des systèmes ouverts hors équilibre et dissipatifs, ils échangent continuellement de l'énergie et de la matière avec leur environnement. Contrairement aux moteurs thermodynamiques classiques, pour lesquels des modèles d'équilibre peuvent être construits en utilisant des principes variationnels, une telle possibilité n'existe pas dans le cas des organismes vivants en raison de l'absence d'états d'équilibre véritables identifiables. Néanmoins, dans l'hypothèse d'un système global proche de l'équilibre, le développement d'un modèle thermodynamique du métabolisme peut s'appuyer sur des notions relatives à la thermodynamique d'équilibre classique d'une part : le fluide de travail, agissant comme milieu de conversion, et d'autre part, la caractérisation de ses propriétés thermoélastiques. L'identification des processus hors équilibre conduisant à la transformation du potentiel chimique de l'aliment digéré en une forme macroscopique d'énergie mise à disposition pour le travail musculaire peut être obtenue à partir d'une approche de type Onsager. L'objectif principal du travail présenté est donc le développement d'une description thermodynamique du processus de conversion de l'énergie chimique en énergie mécanique, dans les conditions de production d'un effort mécanique de durée modérée. Cette modélisation est totalement connexe de celle du muscle animal, décrit par Hill en 1938. Nous montrerons que ce modèle trouve une assise thermodynamique naturelle dans le cadre de nos travaux.

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