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121 – Le rendement de Carnot d’une société.

Le lecteur assidu de ce blog devrait être maintenant convaincu qu’une société humaine est une structure dissipative: elle s’auto-organise pour dissiper de l’énergie. Le second principe de la thermodynamique impose qu’elle décrive des cycles appelés cycles de Carnot entre une source chaude de température absolue T1 et une source froide de température absolue T2. Dans le cas d’une machine à vapeur, Carnot a montré que son rendement est limité. Sa valeur maximale est donnée par l’expression (T1 -T2)/T1. Plus la différence de température est grande, plus le rendement de Carnot est élevé.

Qu’en est-il d’une société humaine? Nous avons identifié ses cycles avec les cycles économiques et les cycles historiques de Turchin et Nefedov (billet 90). Qu’en est-il de sa température? Par analogie avec les fluides, nous avons défini la température d’une économie comme étant l’énergie dissipée par unité monétaire. On peut, de même, définir la température d’une société comme étant l’énergie qu’elle dissipe par bit d’information mémorisée. Dans ce qui suit, nous supposerons fixe le coût de l’énergie. C’est ce qui se passe si on indexe la monnaie sur l’énergie disponible, ce qu’il faudrait faire pour une monnaie internationale comme l’Euro. On peut alors mesurer l’énergie en Euros (son coût) et examiner le rôle de l’information autre que monétaire.

Dans mon exposé à l’école des mines (diapo 11), j’ai montré qu’un réseau neuronal tel qu’une société humaine reçoit de l’énergie de sa source chaude et de l’information de sa source froide. Cela signifie que la température de la source chaude peut s’exprimer en Euros d’énergie fournie par bits d’information mémorisée. Celle de la source froide est mesurée en Euros dépensés par bit d’information reçue. Dans les deux cas, elle est mesurée en Euro/bit.

Pour un débit d’énergie donné (mesuré en Euros par an), moins la source chaude nécessite d’information mémorisée, plus sa température est élevée. Cela favorise les sources d’énergies « low tech » [1]. Le développement et la maintenance d’une centrale nucléaire requiert beaucoup de technicité (beaucoup de bits d’information par Euro d’énergie fournie), ce qui réduit la « température de cette source chaude » (moins d’Euro d’énergie par bit d’information). De ce point de vue les éoliennes sont mieux placées parce que moins complexes. Elles produisent plus d’Euros d’énergie par bit d’information mémorisée. Leur « température » est donc plus élevée.

De même, plus la source froide fournit d’information à faible coût, plus sa température est basse. Dans ce cas le problème est celui du coût de l’éducation. Plus le coût de l’éducation est faible plus la température de la source froide est basse (peu d’Euros/bits). En résumé, le rendement de Carnot d’une société peut s’écrire:

r = (coût de maintenance – coût de développement)/coût de maintenance

ou, si on se limite au personnel:

r = (salaires – coût de l’éducation)/salaires

Ce rendement tend vers zéro lorsque le salaire d’un jeune employé lui permet tout juste de rembourser ses études.

Dans son livre « The Collapse of Complex Societies » [2], l’anthropologue américain Joseph Tainter montre que plus une société devient complexe plus elle a tendance à s’effondrer. On comprend maintenant mieux pourquoi. La complexité de ses sources d’énergie diminue la « température » de sa source chaude (trop de bits d’information par Euro d’énergie fournie) tandis que la complexité de son éducation augmente son coût, donc la « température » de sa source froide (trop d’Euro par bit d’information enseignée). Ainsi, plus une société devient complexe, plus son rendement de Carnot diminue.

Le travail de Joseph Tainter montre que c’est la cause essentielle de l’effondrement des sociétés. Il nous invite à reconstruire une société moins complexe, dotée d’un système éducatif à la fois plus performant et moins onéreux.

[1] Philippe Bihouix. L’âge des low tech, Seuil, 2010.
[2] Joseph Tainter. The collapse of Complex Societies, Cambridge U. Press, 1990.


120 – Exposé à l’école des mines de Paris

Le lecteur intéressé pourra consulter les diapos de mon exposé en cliquant sur:

Thermodynamique et économie

(cliquer les images pour les faire défiler).

Pour une copie des fichiers en format pdf, cliquer sur:

Copie de mes diapos

Une vidéo de l’ensemble des exposés est disponible sur le site internet de
DynamOSE à l’adresse suivante:

http://dynamose.org/2018/02/09/thermodynamique-mondialisation-souverainete-quelle-europe-pour-quelle-transition-ecologique-et-economique-dans-une-france-et-un-monde-en-crise-systemique/

L’enregistrement de la conférence avec segmentation se trouve ici: http://www.youtube.com/channel/UCh6LnOjbykU8h4VSOsV4_Zw


119 – Prochaine conférence

le 12 avril 2018 à 18h45, à l’École des Mines de Paris, 60 Bd. Saint Michel, l’association Dynamose organise un évènement annuel sur le thème « Thermodynamique, Mondialisation & Souveraineté: Quelle Europe pour quelle transition écologique et économique dans une France et un monde en crise systémique? » auquel participera l’économiste Jacques Sapir. Je ferai moi-même un exposé sur le sujet: « Thermodynamique et démondialisation ». Inscriptions sur le site de l’association Dynamose. L’exposé sera enregistré et publié sur Youtube.


118 – Les cycles séculaires et la monnaie

Dans mon billet précédent, j’ai tenté de montrer que nos sociétés dites occidentales, principalement européennes, viennent de traverser un cycle de 120 ans semblable aux cycles historiques de Turchin et Nefedov billet 90. Les économistes considèrent en général des cycles nettement plus courts tels que les cycles de Kuznets (15 à 25 ans) ou de Kondratiev (40 à 60 ans). Une raison plausible est qu’ils n’ont pas jusqu’ici disposé de données économiques sur une durée suffisamment longue. Les travaux plus récents de Thomas Picketty changent les choses.

Dans son livre (1), il montre le rapport capital/revenu de 1870 à 2010 pour trois nations européennes: l’Allemagne, la France et le Royaume-Uni. Ces courbes sont reproduites ici avec l’indication des périodes traversées. On voit qu’elles sont très semblables, confirmant que ces trois économies se sont bien synchronisées, montrant le début du phénomène de mondialisation.

figure de Piketty

La première guerre mondiale correspond à une chute brutale du rapport capital/revenu. La phase de dépression indique une légère remontée suivie d’une nouvelle chute liée à la deuxième guerre mondiale. La phase d’expansion, dite des 30 glorieuses, se caractérise par un rapport capital/revenu très bas. La phase de stagflation correspond à une remontée du rapport capital/revenu, sans toutefois atteindre ses valeurs de 1910. Il pourrait les atteindre durant la phase de crise actuelle.

Comment interpréter ces résultats? Dans mon billet 90, j’ai identifié les cycles séculaires de Turchin et Nefedov à des cycles autour d’un point critique. La chute brutale du rapport capital/revenu, de 1910 à 1920, correspond clairement à une transition de phase abrupte. De même, la lente remontée observée de 1950 à 2010 correspond à une transition continue. On peut donc s’attendre à une nouvelle chute brutale du rapport capital/revenu d’ici 2040. Il est intéressant de constater que tous les pics identifiés par le Club de Rome ont effectivement lieu entre 2010 et 2040, c’est-à-dire durant la phase de crises. La production économique mondiale culminerait en ce moment. Elle serait suivie d’un pic de la population vers 2030. Si tout se passe comme prévu, la phase de crises se terminera par un pic de la pollution vers 2040.

Per Bak compare le processus de criticalité auto-organisée à la formation d’un tas de sable. On peut identifier ici les propriétés du sable avec celles de la monnaie. De même que le sable peut s’accumuler pour former un tas, la monnaie peut s’accumuler pour former un patrimoine. Lorsque la pente du tas de sable atteint une certaine valeur critique, alors des avalanches de sable apparaissent, réduisant la hauteur du tas de sable. De même, lorsque le patrimoine devient trop élevé, des avalanches de monnaie tendent à le réduire. C’est bien ce que montrent les courbes de Picketty.

Comme l’a montré Robert Ulanowicz, on retrouve un processus similaire dans les écosystèmes pour lesquels il définit une mesure d’interconnectivité. Dans nos sociétés, la fraction α de revenu annuellement capitalisée pourrait jouer le rôle de l’interconnectivité. Ulanowicz a montré que la robustesse d’un écosystème est maximale pour α=1/e, où e=2.718 est la base des logarithmes népériens. De même, la robustesse d’une société pourrait être maximale lorsqu’elle capitalise une fraction de son revenu annuel de l’ordre de 1/e. Cela signifie qu’en capitalisant 2,7 années de son revenu, chacun serait capable de subvenir aux aléas normaux de l’existence. Il y aurait ainsi un patrimoine critique de l’ordre de 2,7 années de revenu au delà duquel le risque que certains tentent de couvrir n’est plus que celui de l’effondrement de la société. Mais, comme le sable qu’on entasse, plus on accumule de capital plus le risque d’effondrement devient élevé.

Il est intéressant de constater que cette condition de stabilité a été approximativement réalisée durant la phase de dépression et celle d’expansion. En accroissant la « pente du tas de sable », la politique économique destinée à combattre la stagflation qui a été menée depuis 1980, nous a tout naturellement conduit à une phase de crises.


117 – Évolution d’une société au cours d’un cycle séculaire

Dans mon billet précédent, j’ai développé l’analogie entre les cycles séculaires tels que les décrivent Turchin et Nefedov (billet 90) et le cycle diurne d’un cerveau humain. Dans mon billet 101, j’ai montré que l’évolution politique d’une société s’apparente également au fonctionnement d’un cerveau humain. Il est intéressant de juxtaposer les deux approches. C’est ce qui est fait sur la figure ci-dessous. Reprise du billet précédent, j’y ai ajouté les quatre types de société d’Emmanuel Todd et les quatre états du cerveau mentionnés au billet 101.

figure 117.pdf

Du point de vue thermodynamique, les quatre cotés du carré sont l’analogue du mouvement convectif de l’eau dans une casserole sur le feu. En bas, durant la phase de dépression, l’eau se réchauffe. À gauche, devenue moins dense, l’eau monte vers la surface. C’est la phase d’expansion (ascension économique). En haut, elle s’étale et se refroidit. C’est la phase de stagflation. À droite, l’eau refroidie redescend. C’est la phase de crises durant laquelle les sociétés s’effondrent. Ces quatre phases correspondent aussi aux quatre temps d’une machine à vapeur décrits dans mon billet 104. La phase de dépression correspond à une compression adiabatique, la phase d’expansion à une détente isotherme, la phase de stagflation à une détente adiabatique, la phase de crises à une compression isotherme.

Dans le cas du cerveau, les flèches indiquent les directions vers lesquelles le seuil et l’intensité des connections croissent. L’analogue pour une société pourrait être les seuils d’embauche, la phase de crises correspondant à une période de chômage élevé. L’analogue des intensités serait alors la stabilité de l’emploi. La phase de stagflation serait ainsi une phase d’emploi précaire. Ce schéma conduit à la description suivante du cycle complet d’évolution d’une société.

La phase de stagflation correspond à des sociétés inégalitaires. Nous avons vu que l’interconnectivité y est élevée, rendant la société d’autant plus fragile que l’intensité des liens y est faible (voir les travaux d’Ulanowicz décrits dans mon billet 86). Les inégalités croissantes créent des tensions sociales amenant les gouvernements à tenir des politiques autoritaires. Les individus ne restent solidaires que pour maintenir la société en marche et l’empêcher de se désagréger: c’est une solidarité «mécanique» au sens de Durkheim. Elle favorise l’action collective sous contrôle d’une autorité commune.

La remise en question de l’autorité crée des révoltes, voire des révolutions. On entre dans la phase de crises. Toujours autoritaires, les politiques tendent à devenir plus égalitaires. Les seuils élevés des connections rendent toutefois les coopérations difficiles. L’économie a du mal se développer librement. Une économie dirigée souvent la remplace, maintenant ainsi la société en état de survie.

Lorsque l’économie est au plus bas, on entre dans la phase de dépression. Des sociétés de nature égalitaire se développent à partir de traditions locales. De nouvelles connections s’établissent et permettent à l’économie de redémarrer. Le succès de la reprise renforce l’intensité des connections qui culmine. La solidarité entre les individus y est élevée, mais il s’agit maintenant d’une solidarité organique au sens de Durkheim: elle laisse libre cours aux diversités d’opinion: elle favorise le dialogue et la réflexion.

Peu à peu, la société devient plus libérale, favorisant l’innovation. On entre dans la phase d’expansion. Une telle société crée des modifications rapides de l’environnement auxquelles les individus ont de plus en plus de difficultés à s’adapter, ce qui nous amène à une nouvelle phase de stagflation.

On peut considérer une société humaine comme un être vivant dont les individus sont les cellules. La phase de crises correspond à la fin d’une société vieillissante et à la naissance d’une société nouvelle. Les phases suivantes sont celles du développement, suivi de la maturité puis de la vieillesse. L’économiste Joseph Schumpeter compare le cycle complet à une tornade. Il voit la phase de crise comme un processus de destruction créatrice.

La description que nous venons de donner des phases successives d’évolution d’une société est tout à fait cohérente et conforme aux descriptions historiques de Turchin et Nefedov. On pourrait donc penser qu’elle puisse servir de base théorique pour donner un sens à l’Histoire, comprendre son évolution passée, et même prévoir, au moins partiellement, son évolution future.

La réalité est, hélas, plus complexe. Les cycles réguliers donnés en exemple par Turchin et Nefedov s’arrêtent à la fin du 17ème siècle. À partir du 18ème, l’évolution historique s’accélère et devient plus chaotique. Que s’est-il passé? L’examen de l’évolution démographique en Europe nous apporte la réponse: on assiste à une montée spectaculaire de la densité de population, phénomène qui a conduit l’anglais Malthus à tirer le signal d’alarme.

Du point de vue thermodynamique, cela signifie une montée brutale de la dissipation d’énergie, à l’échelle de l’ensemble des pays développés. L’équivalent en dynamique des fluides n’est plus celui de tornades isolées, mais d’une cascade de tourbillons telle que l’a décrite le physicien russe Kolmogorov. Les tourbillons naissent maintenant à l’échelle de l’Europe. Durant leur phase de crise, ils tendent à créer des tourbillons plus petits à des échelles nationales. Eux-mêmes en créent d’autres à des échelles encore plus locales, pouvant aller jusqu’à provoquer des scissions. Sur son blog, Philippe Grasset parle de tourbillons «crisiques».

Décrite par Turchin et Nefedov, la révolution anglaise de 1642 n’a pas été sans conséquence à l’étranger: elle a entraîné des remous aux Pays Bas et même en France. À partir du siècle suivant, les interactions entre les divers pays européens vont les rendre indissociables. On le voit avec la révolution française. Provoquée par une monarchie autoritaire et inégalitaire, celle-ci tente d’instaurer une société plus égalitaire. Les biens de l’église et ceux des nobles ayant fui à l’étranger sont confisqués. Cela requiert un gouvernement tout autant autoritaire, mais déclenche une coalition de pays étrangers contre la France. Comme on le sait, cela se termine par la défaite de Napoléon devant les anglais à Waterloo, suivie d’une restauration de la monarchie.

Dans mon billet 73, j’ai décrit l’évolution de l’Europe au 19ème siècle, montrant le rôle joué par les colonies. Un cycle de 120 ans semble s’être établi sur toute l’Europe. Il se termine par un effondrement majeur: la première guerre mondiale. À partir de 1918, un nouveau cycle de 120 ans s’instaure, élargi aux États-Unis d’Amérique, tandis que la révolution Russe entendre un cycle de même période mais dont la tendance s’oppose au premier. Bientôt le Japon et plus tard la Chine se joignent à la tourmente. C’est le phénomène de la mondialisation.

L’Europe continue cependant à jouer un rôle moteur. La phase de dépression s’étend de 1918 à 1948. Marquée par la crise financière de 1929, elle se termine avec la seconde guerre mondiale. La phase d’expansion s’étend de 1948 à 1978. Elle se termine avec l’arrivée au pouvoir de Margaret Thatcher en Angleterre (1979), suivie de celle de Ronald Reagan aux États-Unis (1981). Commence alors une phase de stagflation allant de 1979 à 2008. La phase de crises commence avec la crise financière de 2008. Elle se poursuit aujourd’hui où elle est caractérisée par de fortes tensions au Moyen Orient.

Il est tentant d’extrapoler cette évolution aux prochaines années. La figure jointe à ce billet laisse présager un déclin de l’influence des sociétés inégalitaires comme les États-Unis en faveur de sociétés plus égalitaires comme celle de la Russie. La transition aurait lieu en 2023. On peut s’attendre également à un phénomène de «démondialisation» redonnant du poids aux souverainetés nationales, comme le suggère l’économiste Jacques Sapir (1, 2). C’est le passage de la sélection K à la sélection r en biologie (3). Ce mouvement pourrait inclure un retour aux monnaies nationales, comme le franc, non pas à la place de l’Euro mais en plus de ce dernier. Cela entraînerait un déclin de l’interconnectivité, améliorant la robustesse de l’économie (4).

(1) Jacques Sapir, Le nouveau XXIème siècle, Seuil, 2008.
(2) Jacques Sapir, La démondialisation, Points, 2011.
(3) François Roddier, Thermodynamique de l’évolution, 2012, p. 118.
(4) Bernard Lietaer et al., Money and Sustainability: The Missing Link. A Report from the Club de Rome. Triarchy Press, 2012.


116 – Interconnectivité et robustesse au cours d’un cycle économique

Mon billet précédent a déclenché un débat sur les raisons pour lesquelles la civilisation de l’île de Pâques s’est effondrée, chacun se demandant si un sort analogue attend notre propre civilisation. L’hypothèse classique est celle de l’impact environnemental: ils ont abattu tous leurs arbres. D’autres incriminent le développement d’épidémies dues à l’arrivée des occidentaux. Mais personne ne semble s’interroger sur la définition précise du mot «effondrement».

Nous avons vu (billet 90) que toute structure économique, donc toute civilisation, décrit des cycles dont l’amplitude est inversement proportionnelle à leur fréquence. Les historiens Turchin et Nefedov ont tout particulièrement mis en évidence des cycles qu’ils qualifient de séculaires dont la période est de l’ordre de plusieurs centaines d’années. Durant chacun de ces cycles, la civilisation concernée traverse une phase dite de crise durant laquelle l’organisation de la société change et le comportement collectif des individus se modifie.

La description de l’île de Pâques que donne Nicolas Cauwe (commentaire no. 2) correspond parfaitement à cette définition: la civilisation de l’île de Pâques aurait traversé une phase de crise. D’une manière générale, on parle d’effondrement lorsque cette phase de crise s’accompagne soit d’une baisse importante de la population, soit de scissions. Dans le cas de l’île de Pâques, il ne semble pas y avoir eu de scission, mais une importante baisse démographique parait très vraisemblable.

Je propose de revenir aujourd’hui sur les quatre phases des cycles de Turchin et Nefedov pour les décrire en termes d’oscillations d’un réseau neuronal, c’est-à-dire d’oscillations du cerveau global que forme une société humaine (billet 104). Je commencerai par la phase qu’ils qualifient de stagflation parce que c’est celle qui correspond le mieux à l’état actuel de nos sociétés occidentales. C’est aussi celle qui précède la phase de crise et qui est donc susceptible de conduire à un effondrement de nos sociétés.

Je rappelle que Per Bak caractérise un réseau neuronal par deux paramètres, les seuils à partir desquels les connections s’établissent et l’intensité de ces dernières, une fois établies. Au début d’une phase de stagflation, les seuils des connections sont au plus bas (billet 104). Cette phase se caractérise donc par des connections très nombreuses. Chaque individu entre en relation avec beaucoup d’autres. On a pu le constater avec le développement rapide des transports aériens, puis celui de l’internet et des téléphones mobiles.

Toutefois, les seuils augmentent progressivement. L’accroissement permanent des sollicitations, notamment publicitaires, fait que chacun cherche de plus en plus à se protéger des appels abusifs. Durant toute la phase de stagflation, l’intensité des connections reste faible. Quoique très nombreux, les liens qui se forment au hasard des rencontres se délient aussi vite qu’ils se créent. On le constate dans le cas des liens conjugaux, par la fréquence très élevée des divorces.

J’avais promis (billet 97), de reparler d’interconnectivité. J’y reviens aujourd’hui. Cette notion a été développée par le biologiste Robert Ulanowicz dans son étude des écosystèmes. Il s’agit d’une mesure du degré d’échanges d’information entre les divers éléments d’un même écosystème. Il note cette grandeur α. Elle est comprise entre 0 et 1. En l’absence de tout échange, l’interconnectivité α est égale à 0. Lorsque tous les éléments sont interconnectés entre eux, elle vaut 1 (voir billet 86).

Dans ses publications Ulanowicz qualifie de robustesse la quantité α.ln(α). Elle mesure la capacité d’un écosystème à s’adapter aux changements. Elle est maximale pour α=1/e, où e=2,718… est la base des logarithmes népériens. L’économiste Bernard Lietaer a montré que cette notion s’applique également à l’économie (1). Dans mon billet 87, j’ai montré qu’elle s’applique en fait à toute structure dissipative considérée comme réseau neuronal. Elle s’applique donc aux sociétés humaines.

Nous avons vu que la phase de stagflation est une phase d’interconnectivité très grande. Lorsque l’interconnectivité dépasse la valeur 1/e, la robustesse de la société diminue. La société est d’autant plus fragile que l’intensité des liens y est très faible. On peut considérer la phase de stagflation comme une phase préparatoire à une restructuration de la société. De nouveaux liens se forment pour remplacer les anciens, mais la majorité de ces liens sont très fragiles. Leur robustesse va être testée durant la phase de crise.

La phase de crise succède à la phase de stagflation. Elle se traduit par une restructuration brutale de la société et correspond à ce que les physiciens appellent une transition de phase abrupte. Je propose de réserver le terme d’effondrement au cas où il y a soit des scissions, soit une chute de la démographie.

Durant la phase de crise, seules subsistent les connections dont les seuils sont suffisamment élevés. L’intensité correspondante des connections s’en trouve renforcée. On constate aisément ce phénomène dans le cas d’un couple de gens mariés: lorsque un couple traverse une crise avec succès, les liens du couple s’en trouvent renforcés. Lorsqu’une société humaine traverse une crise, son interconnectivité s’en trouve diminuée, mais les liens qui subsistent en sortent renforcés.

On entre alors dans la phase que Turchin et Néfédov qualifient de dépression: la société s’ouvre peu à peu à la création de nouveaux liens. Initialement élevés, les seuils des connections diminuent peu à peu. Puis c’est la phase d’expansion dont nos économistes rêvent encore aujourd’hui.

seuils et intensités

Les civilisations polynésiennes se prêtent particulièrement bien à cette analyse parce qu’elles sont restées longtemps isolées de toute influence du milieu intérieur. Je renvoie notamment le lecteur au tout premier billet de ce blog intitulé «La fin d’une civilisation», dans lequel j’ai décrit l’histoire de Mangareva. D’une manière générale, l’histoire d’une île ou d’un archipel polynésien suit régulièrement le même scénario.

La phase que Turchin et Néfédov qualifient de «dépression» correspond à la colonisation d’un nouvel archipel jusque là inhabité. Au début, la vie est difficile. Les habitants sont peu nombreux, mais très solidaires les uns des autres. En termes de réseau neuronal, l’intensité des connections est très élevée. Vient ensuite dans la phase d’expansion. Des collaborations de plus en plus nombreuses s’établissent entre les individus et la vie devient plus facile. Mais plus celle-ci est facile, plus l’intensité des connections diminue. Durant la phase suivante dite de stagflation, les collaborations sont si nombreuses qu’elles restent superficielles. La plupart sont redondantes: le réseau neuronal percole trop.

Le neurologue Lionel Naccache compare lui aussi une société humaine à un réseau neuronal. Lorsque un cerveau humain percole trop c’est la crise d’épilepsie. Une société humaine qui percole trop entre elle aussi en crises. Tandis qu’un malade perd connaissance, une société s’effondre.

(1) Bernard Lietaer, Money and Sustainability. The missing link. Triarchy press, 2012.
(2) Lionel Naccache, L’homme réseau-nable. Odile Jacob, 2015


115 – La question du mensuel « La Décroissance »

Dans son numéro d’octobre le journal « La Décroissance » pose la question suivante:

« Jadis, inspirés par le rapport Meadows ou les écrits de Bernard
Charbonneau, René Dumont et André Gorz, nous connaissions déjà les principales causes de la dégradation de la vie sur Terre et aurions pu, dès cette époque et à l’échelle internationale, réorienter les politiques publiques vers la soutenabilité. Aujourd’hui, il est trop tard, l’effondrement est imminent. » C’est ce qu’écrit l’ex-ministre Yves Cochet dans une tribune publiée par le quotidien des affairistes Drahi et Ledoux cet été (Libération, 23 août 2017). Mais est-ce si sûr ? Si l’humanité avait connaissance de l’impasse de la croissance, aurait-elle été capable de faire volte-face ? Les idées, les « prises de conscience » suffisent-elles à changer radicalement le cours des choses, à abandonner la course à la puissance pour aller vers la « soutenabilité » ?

Après avoir rappelé ce qu’est le processus de criticalité auto-organisée, je donne ci-dessous ma propre réponse.

La criticalité auto-organisée

Plus chaude du coté éclairé par le Soleil que de l’autre, la Terre est naturellement en déséquilibre thermique. Les lois de la physique imposent que la température de la Terre s’uniformise. Les physiciens disent que l’énergie s’y dissipe.

Des courants atmosphériques et océaniques s’organisent pour transporter la chaleur de l’équateur vers les pôles. Le jour, l’eau qui s’évapore emmagasine de la chaleur qu’elle rend la nuit en se condensant. La végétation accélère le processus. Les arbres vont chercher l’eau sous terre avec leurs racines. Leurs feuilles facilitent l’évaporation. Les insectes aident les plantes à se reproduire en transportant leur pollen. Les animaux aident la végétation en fertilisant le sol de leurs déchets. Aujourd’hui, les physiciens pensent que la vie s’est développée sur Terre pour y dissiper l’énergie.

En 1969, Ilya Prigogine introduisait la notion de structure dissipative. Un écosystème ou une société humaine sont des structures dissipatives. En dissipant l’énergie, elles modifient leur environnement jusqu’à un point critique à partir duquel elles ont tendance à s’effondrer. En présence d’énergie, de nouvelles structures les remplacent. Le physicien danois Per Bak a appelé ce processus “criticalité auto-organisée”.

Les économistes ont mis en évidence des cycles de l’ordre de 50 ans dits cycles de Kondratiev. Les historiens Peter Turchin et Sergey A. Nefedov ont mis en évidence des cycles encore plus longs qu’ils qualifient de séculaires. Leur période est de l’ordre de 200 à 300 ans Ils distinguent quatre phases qu’ils qualifient dans l’ordre de dépression, expansion, stagflation et crise. Durant la phase de crise, une nouvelle société s’organise. Plus la période des oscillations est longue, plus l’amplitude de la crise est importante: on parle alors d’effondrement.

En s’effondrant, les écosystèmes provoquent des extinctions d’espèces. Le biologiste Jay Gould parlait d’équilibres ponctués parce que leur évolution est ponctuée d’extinctions. Une société animale qui épuise son environnement tend à émigrer. Par le passé, beaucoup de sociétés humaines ont émigré. Les sociétés insulaires comme les sociétés polynésiennes ont eu plus de difficultés. Le cas des habitants de l’île de Pâques est resté célèbre parce qu’ayant abattu leurs arbres, ils n’ont pas pu émigrer. La question posée est pourquoi ne se sont-ils pas aperçus de ce qu’ils faisaient et, si certains s’en sont aperçus, pourquoi n’ont ils pas prévenu à temps les autres?

On retrouve un processus analogue dans les civilisations occidentales, notamment les civilisations méditerranéennes. Chacun sait qu’il y a mille six cents ans, l’empire romain s’est effondré. Les romains étaient clairement conscients des difficultés de leur économie. Leur réponse a été d’étendre leur empire. Elle est étonnamment semblable à la mondialisation des économies d’aujourd’hui. Elle n’a fait que retarder l’effondrement final. L’expérience de la fin de l’empire romain ne nous sert-elle à rien?

On sait aujourd’hui que, mille six cents ans avant la fin de l’empire romain, un effondrement similaire s’est produit en Méditerranée. Il s’agit de la fin de l’âge de bronze. Cela confirme l’idée qu’il s’agit bien d’un processus récurrent. L’époque correspond, semble-t’il, à celle de la guerre de Troie. Pourquoi Cassandre n’a-t-elle pas été écoutée?

L’effondrement des civilisations

Une société humaine est un réseau d’individus qui échangent de l’information, à la manière des neurones du cerveau. C’est un réseau neuronal. Per Bak a montré que le processus de criticalité auto-organisée s’applique aux réseaux neuronaux. Lorsqu’un neurone sensoriel est “excité“, il tend à exciter les neurones avec lesquels il est en contact.

Comme les neurones, Dennis Meadows et ses collègues sont “excités” par leur découverte. Ils cherchent à convaincre leurs interlocuteurs de la nécessité d’intervenir. Au début cela semble aisé. L’information se répand facilement dans leur entourage sensibilisé aux problèmes d’environnement. Pour que cette information soit suivie d’effet, elle doit “percoler“ jusqu’aux neurones moteurs. Lorsqu’un neurone reçoit une information, il la compare aux informations qu’il a déjà mémorisées. Si elle ne correspond pas à sa propre expérience, il aura tendance à la rejeter.

On peut distinguer 3 types d’expérience: l’expérience individuelle, l’expérience historique et l’expérience religieuse. Un effondrement économique comme celui annoncé par le Club de Rome ne correspond à aucune expérience individuelle. L’information va donc être rejetée par une majorité d’individus. Seuls quelques intellectuels, ayant connaissance des effondrements de civilisation, seront sensibilisés. Il leur faudra plusieurs années pour publier des ouvrages susceptibles d’attirer l’attention du grand public.

De son coté, l’expérience religieuse atteint le grand public, mais n’apparaît pas pertinente. Le mot religion semble venir du latin “religare” qui signifie “relier”. Apportée par “les écritures”, l’information religieuse relie les individus à travers les millénaires. La Bible parle d’apocalypse, Moïse de déluge. Selon la Génèse, l’homme aurait été rejeté d’un paradis terrestre. L’homme avait-il dissipé trop d’énergie? L’arbre de la connaissance était-il celui du progrès technique? Cette interprétation parait aujourd’hui tout à fait vraisemblable.

Notons que seule la partie occidentale de l’empire romain s’est effondrée. De nos jours, la chrétienté orientale dite orthodoxe semble effectivement moins dissipatrice d’énergie que la chrétienté romaine. De la même façon, la culture latine d’Amérique du sud semble moins dissipatrice d’énergie que la culture nordique anglo-saxonne, dont l’église réformée a rejeté toute autorité. On doit donc s’attendre à ce que, dissipant plus d’énergie que les autres, cette dernière soit la première à s’effondrer.

L’humanité prendra alors conscience que les civilisations sont mortelles. Les mouvements, tels que «La Décoissance», seront enfin compris comme étant des réflexes de «satiété», nécessaires à la survie de la société. Mais ce sera encore une fois trop tard.


114 – Mes deux conférences à Toulouse

Le lecteur intéressé pourra consulter les diapos de ces deux exposés en cliquant sur:

Thermodynamique et évolution pour le premier et:

Thermodynamique des transitions économiques pour le second.

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Conférence du matin (évolution) ou:

Conférence du soir (économie)

La conférence du matin a été filmée. On peut la visionner à l’adresse suivante:


113 – Une origine vraisemblable de la vie

[Le texte ci-dessous est la traduction française d’une proposition de recherches que j’ai soumise, visant à étudier l’origine de la vie à l’aide de l’expérience DECLIC à bord de la station spatiale]

Premières tentatives d’étude

Selon Maynard Smith et Eörs Szathmary (1), la première proposition sérieuse d’étude de l’origine de la vie est due à A. I. Oparin (1924) et à J. B. S. Haldane (1929). Leur argument était que, si l’atmosphère primitive manquait d’oxygène libre, une grande variété de composés organiques pouvait avoir été synthétisée à l’aide d’énergie fournie par de la lumière ultraviolette et des décharges des éclairs.

En 1953, sur les conseils d’Harold Urey, Stanley Miller testa cette hypothèse en provoquant des décharges électriques à travers une enceinte contenant de l’eau, du méthane et de l’ammoniac. Elle produisit une grande variété de composés organiques, y compris des nucléotides dont l’ARN et l’ADN sont constitués.

Toutefois, des molécules essentielles étaient absentes ou ne furent obtenues qu’en concentration très faible. Surtout, les réactions produites manquaient de spécificité, rendant difficile de comprendre comment des polymères, dont les liaisons chimiques sont très spécifiques, avaient pu se former.

Dans une série d’articles publiés entre 1988 et 1992, Günter Wächtershäuser suggéra que les réactions avaient pu se produire entre des ions fixés sur une surface chargée. L’attraction entre des charges de signes opposés fait que les ions en solution s’attachent à des surfaces chargées. Ils peuvent se déplacer lentement sur la surface, tout en conservant la même orientation, ce qui accroit considérablement à la fois la vitesse et la spécificité des réactions chimiques.

Des chercheurs ont montré récemment que le confinement de molécules dans de petites gouttes de liquide améliore nettement la vitesse des réactions, suggérant des applications en chimie prébiotique (2). Ces résultats confirment les sources hydrothermales comme une origine possible de la vie, mais aucune mention n’est faite du point critique de l’eau (3).

Auto-organisation et criticalité

Durant ces 50 dernières années, les preuves se sont accumulées que les processus d’auto-organisation ont lieu lorsque des forces d’attraction équilibrent des forces de répulsion. Ils sont de même nature que les transitions de phase continues observées dans les fluides en état d’opalescence critique à la température dite critique. Cette analogie a été reconnue pour la première fois par Per Bak et al. (4), en relation avec la l’omniprésence du bruit dit en 1/f. Ils ont appelé ce processus « criticalité auto-organisée ».

Un exemple typique est la formation des étoiles en astrophysique. L’instabilité de Jeans qui permet aux étoiles de se former est en effet de même nature que celle qui cause l’opalescence critique. Dans les deux cas, les fluctuations de densité suivent une loi de puissance (bruit dit en 1/f), comme le montre la distribution des masses initiales des étoiles nouvelles.

Dans son livre « The Self-Organising Universe » Erich Jantsh (5) a montré que l’ensemble de l’univers s’auto-organise suivant des séquences similaires d’événemements. Une « macroévolution » lente durant laquelle de larges structures se condensent alterne avec une « microévolution » rapide durant laquelle de nouveaux constituants élémentaires se forment. La figure 1 résume ce processus. Suivant ce schéma, la formation des étoiles fait partie de la macroévolution. Elle déclenche la formation d’atomes nouveaux tels que ceux d’hélium qui sont plus lourds que ceux de l’hydrogène. La formation d’hélium fait parie de la microévolution.

Fig. 1. L’auto-organisation de l’univers d’après Eric Jantsch (1980)

À la suite de Per Bak, on peut considérer la macroévolution de Jantsch comme une transition de phase continue et sa microévolution comme une transition de phase abrupte, autrement dit l’évolution de tout l’univers peut être vue comme un processus oscillant autour d’un « point critique » (voir Fig. 2).

Auto-organisation et dissipation d’énergie

Ilya Prigogine a montré que l’auto-organisation est une cactéristique des structures dissipatives, c’est-à-dire des structures qui apparaissent spontanément en présence d’un flux permanent d’énergie. Les êtres vivants ou les cellules de Bénard sont des structures dissipatives.

Les structures dissipatives se comportent comme des machines thermiques: elles utilisent des différences de température pour produire du travail mécanique. Selon le second principe de la thermodynamique dit principe de Carnot, cela n’est possible que suivant des cycles de transformations. Les premières machines thermiques ont fait appel à la transition liquide-vapeur de l’eau pour obtenir de larges variations de volume.

Les moteurs d’automobile sont plus efficaces car ils utilisent des différences de température beaucoup plus grandes pour produire les mêmes variations de volume. Cependant, des variations de température beaucoup plus faibles suffisent à produire les machines thermiques naturelles telles que les cellules de Bénard. C’est particulièrement vrai près du point critique où des différences de température très faibles produisent de très grandes variations de volume.

Le point critique de l’eau

La pression critique de l’eau est 220 bars et sa température critique 374°C. Dans l’eau salée comme celle de l’océan, le point critique est à un peu plus de 2.200 m de profondeur, tandis qu’aux sources hydrothermales la température dépasse aisément 374° C.

Considérons l’eau d’une source hydrothermale située au dessous de 2.200m et dont la température est un peu supérieure à 374°C. Sa densité étant inférieure à celle de l’eau environnante, elle forme une plume convective. Durant son ascension, sa pression descend. Sa température reste un moment supérieure à celle de son environnement jusqu’au moment où, devenue plus froide, elle redescend en direction de la source, fermant la boucle convective. À un moment donné, l’eau atteint la zone de condensation. De fines gouttelettes se forment. L’eau liquide est ensuite convertie de façon lente et continue en eau vapeur sans jamais former de bulles.

Fig. 2. La surface ci-dessus montre l’état de l’eau autour du point critique.
La zone grise est la zone de condensation.

La figure 2 montre l’état de l’eau dans une plume convective lorsqu’elle décrit un cercle autour du point critique, comme indiqué par la flèche. Tandis que la transition de l’état liquide à l’état gazeux est continue, la transition de l’état gazeux à l’état liquide est abrupte. Périodiquement, l’eau se condense en formant de fines gouttelettes d’eau liquide qui grossissent jusqu’à ce que l’eau deviennent entièrement liquide. Elle s’enfonce alors en direction de la source hydrothermale où elle est réchauffée au dessus de la température critique. Elle est alors transformée continuement en vapeur, sans jamais former de bulles gazeuses.

La condensation du gaz en liquide près du point critique est appelée « opalescence critique ». On y observe de très grandes fluctuations de densité, une condition favorable à la formation de microgouttelettes. Dans l’océan d’autres molécules peuvent se condenser également. Les molécules polaires vont conserver une même orientation par rapport à la surface de la gouttelette, favorisant ainsi les liaisons polaires. Ces conditions sont particulièrement favorables à la formation de molécules organiques complexes.

Une possibilité de tester l’origine de la vie

Bien que les conditions décrites ci-dessus soient appropriées à la formation de molécules organiques complexes, la probabilité que de telles réactions se produisent reste faible à moins que la même situation ne se reproduise durant une période de temps très longue.

On peut estimer grossièrement que le temps de circulation de l’eau dans une plume convective est de l’ordre de la journée, tandis que la durée de vie d’un volcan sous-marin actif est de l’ordre d’un million d’années. Les mêmes conditions ont pu ainsi se reproduire plusieurs centaines de milliers de fois. Il est clair que si l’on veut répéter ce processus au laboratoire, il doit être considérablement accéléré.

L’expérience DECLIC offre une telle opportunité. DECLIC est une expérience à bord de la station spatiale internationale. Une des versions a pour but l’étude des réactions chimiques au voisinage du point critique de l’eau. Son environnement en apesanteur permet de produire les conditions critiques de façon uniforme sur tout son volume avec une précision de trois décimales. Il doit être possible d’ajuster ces conditions de façon à décrire des cercles autour du point critique en quelques secondes au lieu de quelques jours. Comparé aux conditions à l’origine de la vie, cela accélérerait le processus d’au moins 5 ordres de grandeur, probablement plus vu que les conditions de l’expérience seraient constamment maintenues très proches du point critique.

S’il est possible de suivre la composition chimique de la chambre de réaction en fonction du temps, on devrait pouvoir reproduire en quelques mois et observer des réactions chimiques qui ont mis des millions d’années à se produire. Nous suggérons fortement qu’une telle expérience soit mise au programme de DECLIC.

François Roddier

  1.  John Maynard Smith and Eörs Szathmary, The origins of life, Oxford (1999).
  2. Ali Fallah-Araghi et al. Enhanced Chemical Synthesis at Soft Interfaces: A Universal Reaction-Adsorption Mechanism in Microcompartments.
  3. K. Ruiz-Mirazo, C. Briones, and A. de la Escosura, Prebiotic Systems Chemistry: New perspectives of the origins of life, Chem. Rev. 114, 285 (2013).
  4. Per Bak, Chao Tang, and Kurt Wiesenfeld, Self-Organized Criticality: An Explanation of 1/f Noise, Phys. Rev. Letters 4, vol. 59 (1987)
  5. Erich Jantsch, The Self-Organizing Universe, Pergamon (1980).

[Cette proposition est soutenue par Roger Bonnet, ancien directeur scientifique à l’ESA].


112 – Prochaines conférences

Pour information, je ferai deux exposés le 19 septembre à Toulouse:

– Le premier, intitulé « Thermodynamique et évolution » aura lieu à l’Observatoire Midi-Pyrénées (14 avenue Edouard Belin 31400 Toulouse) dans la Salle Coriolis, à 11h00.

– Le second, intitulé «  »Thermodynamique des transitions économiques » aura lieu dans la salle municipale du Sénéchal (17 rue Rémusat 31000 Toulouse) à 20h00.