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.


19 réflexions au sujet de « 121 – Le rendement de Carnot d’une société. »

  1. Post très novateur et ouvrant de nombreuses perspectives, cependant, il y a un passage que j’ai mal compris.

    Si on prends la comparaison éolienne / nucléaire : ok, il faut plus de ressources pour former des gens capables de construire et opérer une centrale nucléaire qu’une éolienne. Mais la centrale fournit beaucoup plus d’énergie. Donc il y a un facteur qui diminue sa température, et un facteur qui l’augmente. Comment peut-on être sûr dans ce cas, que la « température » (pourrait-on parler plutôt de rendement ?) d’une éolienne est plus importante qu’une centrale nucléaire ?

    Sachant qu’il y a un autre facteur : l’éolien, même (ce qui reste à démontrer) s’il pourrait produire plus, produit une électricité de moins bonne qualité (intermittente). A qualité équivalente, il faut rajouter des systèmes de stockage pour comparer au nucléaire. Et c’est un point essentiel car on ne pourrait pas avoir de société industrielle moderne uniquement avec de l’intermittent, quelque soit son volume.

    cordialement,

    1. Le théoricien rationnel développe un raisonnement, mais le militant irrationnel le court-circuite et termine ses phrases avant lui.

      1. Merci Mr Roddier,

        comme je disais, si on doit comparer des choses équivalentes, il faudrait comparer éolien+stockage (STEP par exemple) vs nucléaire vs solaire vs hydraulique vs … à puissance et qualité générée équivalent.
        (j’ai pris l’éolien et nucléaire pour rester dans l’exemple que vous aviez pris).

        Donc, certes, l’éolien (+STEP) est moins complexe techniquement que le nucléaire, cependant, si on compare pour un parc d’éolienne(+STEP) avec une centrale, pour avoir une puissance équivalente, il faudra (probablement, c’est une supposition à ce stade), plus de monde pour installer et maintenir et opérer le parc d’un multitude d’éoliennes que dans une centrale nucléaire. Il faut donc former « MOINS haut » (techniquement parlant), mais PLUS de gens. Sans parler du reste (acquérir les ressources pour la construction, etc…). Comment est-ce que ça s’équilibre ? De quel coté la balance penche ?

        Au final, si on met tout bout à bout, on se retrouve à comparer le coût de revient par filière, je crois, non ?
        C’est à ce que résultat qu’avait aboutît l’économiste Gaël Giraud d’ailleurs.

        Bref.
        Si j’en crois ces sources :
        http://www.slate.fr/story/46785/nucleaire-eolien-energie-moins-chere-france
        http://cil-gerland-guillotiere.fr/wp-content/uploads/2016/05/ChoixFut%C3%A9DEnergie_F4_Co%C3%BBt-par-source-1.pdf (page 5)
        le nucléaire semble être moins coûteux. Alors, il faudrait pour être rigoureux regarder l’ensemble du cycle de vie, ce qui inclus le traitement des déchets, le démantèlement. Données que nous n’avons ni pour l’éolien (et son béton, ses aimants), ni le nucléaire (surtout avec la génération 4), à ma connaissance.

        Cela semble contredire, si mon raisonnement est exact, ce que vous avancez. La complexité coûte moins cher (du moins dans ce cas, ce n’est peut-être pas systématique) et donc, la température du nucléaire semble plus haute que l’éolien.

        Qu’en pensez vous ? comment pourrait-on comparer les « températures » des filières et avoir des chiffres à l’appui ? [je pense que ça serait un plus]

        Cordialement,

    2. Tout dépend de ce que l’on appelle moderne. Un réseau électrique essentiellement basé sur du renouvelable implique une structure en réseau intelligent en maillage fin avec une intelligence de la consommation et de la production répartie qui me semble beaucoup plus moderne qu’un réseau avec des noeuds de production peu nombreux, délivrant une grosse puissance avec un manque de souplesse et une fragilité évidente.

      On peu faire le parallèle avec les réseaux informatiques: Transpack s’est développé en France alors qu’internet commençait à se developper dans les universités américaines. Transpack était fait pour de gros ordinateurs centralisateurs, avec clairement des noeuds qui délivrent de la puissance de calcul à des terminaux peu intelligents. L’avenir de l’informatique était à la concentration de la puissance. Cet avenir s’est très vite retrouvé totalement obsolète.

    3. Pourquoi voulez-vous absolument soutenir la société industrielle?
      On entre dans une diversification des sources d’énergie et surtout dans leur utilisation qui ne peut en aucun cas s’intégrer au développement industriel.
      Il y a une différence fondamentale entre industrie et technologie, une technologie peut être efficace sans pour autant être produite industriellement, il me semble.
      Encore faut-il s’entendre sur la signification du terme industrie.

  2. Monsieur Roddier,
    Je suis abonné à votre lettre et je lis avec intérêt vos écrits (Thermodynamique de l’évolution avait été une révélation !).
    Je vous remercie de nous faire bénéficier de votre réflexion originale et absolument pertinente dans le champ économique.
    Le dernier billet, 121 – Le rendement de Carnot d’une société, appelle une remarque (non fondamentale) : ne faudrait-il pas parler de « complication » en lieu et place de « complexité » ? La complexité est le propre de tout système réel et elle ne compromet pas leur bon fonctionnement, au contraire (cf. systèmes écologiques). En revanche, la complication de nos sociétés (bureaucratisation notamment) engendre bien ce que vous décrivez.
    En tant qu’auteur d’un ouvrage qui vient de paraître sur la complexité (Complexité : Fondamentaux à l’usage des étudiants et des professionnels, edp sciences, 2018), il est important pour moi de bien cerner si vous feriez ou non la même nuance sémantique.
    D’avance, je vous remercie pour votre éclairage.
    Avec mes sincères salutations.
    Jean-Yves Rossignol

    1. Complication ou complexité, peu importe. L’avantage de la physique par rapport à la littérature est qu’un concept est défini si on sait comment le mesurer, ici le bit/euro. J’ai choisi d’appeler cela la « complexité » parce que Joseph Tainter parle de sociétés « complexes ». Ce sont des sociétés qui ne peuvent plus survivre sans maîtriser beaucoup de connaissances.

      1. La nuance n’est pas littéraire, mais scientifique. Je propose la définition suivante : « Un système est dit « complexe » quand il est perçu comme une dynamique d’interactions non exhaustivement dénombrables d’où émerge un ordre qui s’exprime par une cohésion structurelle et une cohérence fonctionnelle durables, au sein d’un environnement évolutif et actif sur le système » (Complexité, edp sciences, 2018, p. 80). La complexité n’est pas maîtrisable —on ne peut que faire « avec »— car il faudrait disposer d’une quantité de données et d’une précision de mesure théoriquement impossibles à atteindre. Une organisation qui cherche à « maîtriser beaucoup de connaissances » met effectivement en péril sa survie, justement parce qu’elle n’a pas intégré ce qu’est la complexité, et qu’elle s’installe dans le réductionnisme (simplisme ou complication). Notre société est de fait complexe, mais elle menace de s’effondrer non pas parce qu’elle est telle, mais bien parce que son pilotage n’est pas approprié à la complexité.

        1. Vous définissez un système complexe par la manière dont il est « perçu ». Pour moi, la perception est subjective. Ce n’est donc pas une définition objective. En tant que physicien, je préfère l’approche de Strogatz (Nonlinear Dynamics and Chaos, Fig. 1.3.1) qui considère le nombre élevé de variable et la non-linéarité. Cela conduit à une définition objective qui est, de plus, conforme aux propriétés des structures dissipatives. Enfin ces dernières s’auto-organisent. Vous ne les pilotez pas. La notion de pilotage est anthropomorphique. Votre propre comportement est dicté par les lois de la thermodynamique.

          1. Nous changeons de registre et c’est fort intéressant ! La question en débat est épistémologique. Vous vous situez dans le paradigme du réalisme et moi dans le paradigme du constructivisme.
            Le cerveau, qui forge des connaissances, transforme et dégrade l’information transmise par le réel (thermodynamique aussi !). Qu’est-ce donc que l’objectivité ? (Pour moi, c’est un postulat).
            Pour ne pas être trop long, je renvoie au petit livre d’Aurélien Barrau (cosmologiste) : De la vérité dans les sciences, Dunod, 2016.

            1. La différence entre réalisme scientifique et constructivisme est surement sous-jacente au débat sur la possibilité d’importer des concepts biologiques en Economie voire en technologie. Un réaliste ou un scientiste s’y autorisera. Les spécialistes du domaine s’y opposeront.

              1. Contrairement à ce qu’affirme le scientiste, une théorie scientifique n’est pas la vérité éternelle sur la réalité. Une théorie scientifique est une construction sociale, historique, mais d’un type bien particulier qui la distingue de la mode, de la religion et de l’idéologie. Une théorie scientifique est ce que l’on a de mieux, pour l’instant, en attendant mieux (nouveau paradigme au sens de Thomas Kuhn).
                L’expression d’une théorie scientifique comporte deux aspects importants, qui ne jouent pas le même rôle et qui n’ont pas la même durabilité dans l’histoire des sciences.
                Ces deux aspects sont :
                une formulation mathématique, dans une équation ou un système d’équations, reliant entre eux des variables, des paramètres (paramètre t de la dynamique) et des constantes (constante de Planck, constante de Newton) ; exemples (U=R*I ; F=M* gamma) ;
                une interprétation, exprimée en mots, évoquant parfois des images, s’appuyant sur des intuitions et orientant l’imagination dans une certaine direction.
                A un moment de l’histoire humaine et de l’histoire des sciences, l’interprétation (d’une théorie ou d’un ensemble convergent de théories scientifiques) est une vision du monde, une image du monde, une représentation du monde.
                La manière de nommer les paramètres, les variables et les constantes des équations est déjà une interprétation.
                Isaac Newton a nommé « temps universel » ou « temps absolu » le paramètre t de ses équations.
                « Le temps absolu, vrai et mathématique, qui est sans relation à quoi que ce soit d’extérieur en lui-même et de sa nature, coule uniformément ; on l’appelle aussi durée (Isaac Newton) ».
                Ce faisant, Newton a forgé une nouvelle vision du temps, à une époque où l’heure publique locale était encore donnée par le clocher du village ou par l’horloge du beffroi de la ville. Avec la généralisation des chemins de fer, Albert Einstein a réalisé que c’était plus complexe qu’il n’y paraissait.
                Comme le dit Etienne Klein, Newton aurait pu donner au paramètre t le nom « truc » au lieu du mot « temps ». Les historiens feraient des colloques sur le temps, pendant que les physiciens feraient des symposiums sur le truc.
                La science est capable de changer de représentation du monde. Une religion, une idéologie, un racisme s’accrochent désespérément, coûte que coûte, à une vision du monde.
                « Jusqu’au jour où il apparut, à la surprise générale, que les atomes, eux aussi, étaient sujets au changement. En parlant du monde réel, nous prendrons ce mot en son sens naïf, contingent, approprié au caractère propre de chaque représentation du monde, tout en gardant présent à l’esprit qu’à un changement de théorie scientifique peut correspondre un changement de ce que nous nommons le réel. (Max Planck, « L’Image du monde dans la physique moderne », 1933, traduction Cornélius Heim, Gonthier, 1963) ».
                Une théorie scientifique est une conjecture qui doit pouvoir être soumise à une épreuve de réfutation. C’est la fonction de l’expérience scientifique. La réfutabilité distingue une théorie scientifique d’une croyance, qu’elle soit naïve (les illusions des sens) ou religieuse (la fabrication de dogmes, plus ou moins sophistiqués).
                L’interprétation participe à la vision du monde. Quand Newton explique la gravitation universelle par des forces, il suggère un domaine à l’imagination scientifique. On imaginera donc des forces centrifuges et des forces centripètes.
                La formulation mathématique, entre les variables mesurables, les constantes chiffrées plus ou moins précisément (le nombre pi), les paramètres mesurés avec plus ou moins de précision (le rayon de la Terre, le demi-grand axe d’une orbite elliptique), est ce qui permet de faire des calculs, de prévoir des expériences, de calculer les résultats attendus de l’expérience, et donc de tester jusqu’à quel degré de résolution mathématique la formulation mathématique résiste à l’expérimentation.
                Il arrive qu’une théorie scientifique soit remplacée par une autre. Dans ce cas :
                la formulation mathématique est plus ou moins modifiée, dans le sens d’une plus grande précision ou d’une plus grande généralité ; l’ancienne formulation devient un cas particulier, dans certaines circonstances ou quand on n’a pas besoin de la précision maximale ;
                l’interprétation est parfois radicalement différente ; c’est pourquoi on parle volontiers de changement de paradigme.
                Depuis l’ouvrage de Thomas Kuhn, « The structure of Scientific Revolutions » (1962), on nomme « changement de paradigme » ou « révolution paradigmatique » une modification du cadre de pensée commun à la communauté des chercheurs dans une, voire dans plusieurs disciplines.
                Quand Einstein modifie la gravitation universelle de Newton, il remplace la notion de force par celle de déformation géométrique de l’espace-temps et abandonne la notion de temps universel.
                Mais il propose une nouvelle équation (en fait , 12 équations distinctes à résoudre) qui lui permet d’expliquer l’orbite de Mercure avec une précision plus grande que celle des équations ne Newton.
                Quand on change de paradigme (« newtonien » devient « einsteinien » ou « relativiste »), cela peut sembler une catastrophe du point de vue de l’interprétation, mais c’est une progression du point de vue de la précision des calculs et des vérifications expérimentales. C’est pourquoi l’utilité des formules mathématiques est plus importantes que l’intuitivité de la description des phénomènes. En physique quantique, la description des phénomènes est totalement contre-intuitive. Mais les formules sont vérifiées avec de très nombreux chiffres significatifs.
                Le réalisme scientifique consiste à prendre la formulation actuelle d’une théorie scientifique pour l’expression vraie ou immuable de la réalité.
                Face à l’adoption d’une nouvellee théorie scientifique, le réaliste ou le scientiste (le religieux d’une théorie) a le choix entre :
                se suicider puisque le monde n’est plus ce qu’il est ;
                considérer les tenants de la nouvelle théorie comme des fous, dangereux et menteurs ;
                prendre conscience de son illusion passée, abandonner le réalisme et adopter le point de vue constructiviste : l’interprétation du jour n’est que la meilleure actuelle, en attendant la suivante.

  3. Est-ce qu’on pourrait avoir une application numérique SVP, pour pouvoir calculer le rendement de la société française en 2018, 2008, 1998?

    1. A partir du moment où on introduit la monnaie dans un raisonnement de Physique (même généralisée), il n’y a plus de rigueur mathématique possible. Il n’y a pas d’ajustement automatique possible entre la quantité de monnaie nécessaire pour les échanges et la quantité de monnaie produite (en particulier par le crédits). Il y a déjà plus de 20 ans, la quantité de monnaie circulant dans les marchés boursiers et financiers était 100 fois supérieure à la quantité de monnaie nécessaire à la circulation des produits de la production et des services associés. Ricardo avait déjà compris que beaucoup de problèmes (inflation, inégalités croissantes) résultent de cette inadéquation. Le recours à la monnaie fausse tout le raisonnement. Les économistes en sont venus à présenter les marchés boursiers et financiers comme l’intelligence collective de l’espèce humaine.

      1. J’ai bien pris soin de préciser que je supposais ma monnaie indexée sur l’énergie, ce qui réintroduit la rigueur mathématique. Quant à l’application, je compte sur mes lecteurs pour la développer.

        1. Hélas, depuis la naissance de l’Economie Politique (Adam Smith, Malthus, Ricardo), il n’a jamais été possible d’indexer la monnaie sur quoi que ce soit. Tout raisonnement économique est obligé de supposer un invariant (population, état des techniques, état de la répartition, état des inégalités de revenus) pour essayer d’explorer les relations entre deux variables. Or tous ces invariants supposés sont toujours variables. Du coup, chaque économiste peut se permettre de « démontrer » ce qu’il veut, en faisant les hypothèses ad hoc et les omissions adéquates. Votre raisonnement est valable quand il reste physique. Il doit donc rester physique. Jean-Marc Jancovici s’efforce toujours de n’employer que des concepts physiques. Il montre d’ailleurs très bien que les prévisions des économistes (prix de l’énergie, par exemple) sont toujours démenties par les faits.

          1. Que les économistes puissent difficilement faire la moindre prévision est bien normal puisque l’économie s’auto-organise (voir mon livre section 2.5). Comme Jean-Marc Jancovici, je n’emploie que des concepts physiques. Si la notion de monnaie vous dérange, vous pouvez reprendre mon raisonnement en termes de coût énergétique au lieu de coût monétaire. Il reste inchangé.

  4. Bonjour M. Roddier, bonjour à tous,
    Pour tous ceux qui, comme moi, rêvassaient en cours d’anglais, le livre de M. Joseph A. Tainter a été édité en Français: « l’effondrement des sociétés complexes » traduction par Jean-François Goulon; éditions: le Retour aux Sources, 2013. Bonne lecture.
    Merci M. Roddier pour votre livre et ce Blog plus qu’ intéressants.

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