{"id":103,"date":"2006-04-15T10:06:38","date_gmt":"2006-04-15T09:06:38","guid":{"rendered":"http:\/\/www.francois-roddier.fr\/wordpress\/?p=103"},"modified":"2014-12-21T17:19:03","modified_gmt":"2014-12-21T16:19:03","slug":"7-levolution-irreversible-de-lenergie","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.francois-roddier.fr\/?p=103","title":{"rendered":"7 – L\u2019\u00e9volution irr\u00e9versible de l\u2019\u00e9nergie"},"content":{"rendered":"

Pour un astrophysicien, observer l\u2019univers et essayer d\u2019en \u00e9lucider les myst\u00e8res, c\u2019est un peu \u00eatre dans la situation du spectateur qui arrive au milieu d\u2019un film et qui essaye d\u2019en comprendre le sc\u00e9nario. Que s\u2019est-il pass\u00e9 avant? Que va-t\u2019il se passer ensuite? Sans vraiment s\u2019en rendre compte, Carnot avait mis le doigt sur deux cl\u00e9s essentielles \u00e0 la compr\u00e9hension du monde: la conservation de l\u2019\u00e9nergie et l\u2019irr\u00e9versibilit\u00e9 de son \u00e9volution. Ces concepts abstraits, difficiles \u00e0 saisir, s\u2019av\u00e8rent de nos jours essentiels \u00e0 la compr\u00e9hension non seulement du monde physique dans lequel nous vivons, mais aussi de la vie elle-m\u00eame, de notre soci\u00e9t\u00e9 et m\u00eame de notre \u00e9conomie. Cela vaut donc la peine de nous y attarder.<\/p>\n

La premi\u00e8re de ces cl\u00e9s est la <i>conservation de l\u2019\u00e9nergie<\/i>. Dans un univers o\u00f9 les \u00e9toiles naissent et meurent, o\u00f9 les galaxies se forment, tourbillonnent et disparaissent dans des trous noirs, la seule chose immuable c\u2019est l\u2019\u00e9nergie. Elle est le fil conducteur qui permet de suivre et de comprendre tous ces changements d\u2019apparence.<\/p>\n

\u00c0 l\u2019\u00e9poque de Carnot, on savait d\u00e9j\u00e0 que l\u2019\u00e9nergie dite <i>potentielle<\/i> de gravitation, celle de l\u2019eau en attente dans les barrages, peut se transformer en \u00e9nergie dite <i>cin\u00e9tique<\/i>, celle du mouvement de l\u2019eau qui fait tourner les turbines hydro\u00e9lectriques. Cela fait partie des lois de la m\u00e9canique d\u00e9couvertes par Newton. Elles s\u2019appliquent particuli\u00e8rement bien au vide interstellaire de la m\u00e9canique c\u00e9leste.<\/p>\n

En l\u2019absence de frottement m\u00e9canique, la terre peut tourner ind\u00e9finiment autour du soleil sans perte d\u2019\u00e9nergie. Une com\u00e8te qui se rapproche du soleil voit sa vitesse, donc son \u00e9nergie cin\u00e9tique, augmenter alors qu\u2019elle perd de l\u2019\u00e9nergie potentielle. Apr\u00e8s avoir contourn\u00e9 le soleil, l\u2019\u00e9nergie cin\u00e9tique qu\u2019elle a ainsi acquise se transforme de nouveau int\u00e9gralement en \u00e9nergie potentielle lorsqu\u2019elle repart au loin tout en perdant de la vitesse.<\/p>\n

Sur terre, ces lois semblaient mises en d\u00e9faut. Le balancier d\u2019une vieille horloge m\u00eame bien huil\u00e9e finit toujours par s\u2019arr\u00eater sans apport ext\u00e9rieur d\u2019\u00e9nergie. Il faut remonter les poids ou le ressort pour entretenir le mouvement. On savait que cette perte d\u2019\u00e9nergie \u00e9tait due aux frottements m\u00e9canique et que ceux-ci produisent de la chaleur. Carnot lui-m\u00eame avait compris \u2014et Joule l\u2019a confirm\u00e9 ensuite\u2014 que la chaleur produite est directement proportionnelle \u00e0 l\u2019\u00e9nergie m\u00e9canique perdue. L\u2019\u00e9nergie avait donc simplement chang\u00e9 de forme.<\/p>\n

La seconde cl\u00e9 permettant de comprendre l\u2019\u00e9volution du monde est <i>l\u2019irr\u00e9versibilit\u00e9<\/i>. Elle indique le sens de cette \u00e9volution. En l\u2019absence de frottements m\u00e9caniques ou autres ph\u00e9nom\u00e8nes dits dissipatifs c\u2019est-\u00e0-dire producteurs de chaleur, les lois de la m\u00e9canique \u00e9tablies par Newton sont parfaitement r\u00e9versibles. Selon ces lois, si \u00e0 un moment donn\u00e9 on inverse la vitesse de tous les points mat\u00e9riels d\u2019un syst\u00e8me en mouvement, alors le syst\u00e8me repasse exactement par tous ses \u00e9tats ant\u00e9rieurs comme dans un film que l\u2019on d\u00e9roule \u00e0 l\u2019envers. Cela veut dire qu\u2019on peut pr\u00e9voir enti\u00e8rement l\u2019\u00e9volution d\u2019un syst\u00e8me \u00e0 partir de la position et de la vitesse de chacune de ses parties observ\u00e9es \u00e0 un moment donn\u00e9. Arriv\u00e9 au milieu du film on peut reconstituer tout ce qui s\u2019est pass\u00e9 avant et pr\u00e9voir aussi tout ce qui va se passer apr\u00e8s. C\u2019est le d\u00e9terminisme universel du XIX\u00e8me\u00a0si\u00e8cle. C\u2019est aussi la n\u00e9gation du libre arbitre.<\/p>\n

Avant Carnot les frottements m\u00e9caniques \u00e9taient consid\u00e9r\u00e9s comme des ph\u00e9nom\u00e8nes parasites impurs camouflant les lois pures sous-jacentes. Carnot remarque que la production de chaleur par frottements m\u00e9caniques est un ph\u00e9nom\u00e8ne irr\u00e9versible. Le balancier d\u2019une horloge s\u2019arr\u00eate lorsque toute l\u2019\u00e9nergie m\u00e9canique a \u00e9t\u00e9 transform\u00e9e en chaleur. La transformation inverse est impossible: on ne peut pas remettre en marche le balancier en chauffant l\u2019horloge. Carnot comprend l\u2019importance de cette observation. La plupart des ph\u00e9nom\u00e8nes naturels sont irr\u00e9versibles: les incendies, temp\u00eates, ras de mar\u00e9es, tremblements de terre, etc\u2026 ont des cons\u00e9quences irr\u00e9versibles. Nous m\u00eames, nous naissons, nous vieillissons et nous mourons de fa\u00e7on irr\u00e9versible. C\u2019est donc un ph\u00e9nom\u00e8ne fondamental mais il semble contredire la m\u00e9canique de Newton.<\/p>\n

\u00c0 la suite de Carnot, l\u2019allemand Rudolf Clausius montre que l\u2019on peut mesurer quantitativement la d\u00e9gradation de l\u2019\u00e9nergie dans une transformation irr\u00e9versible. Il d\u00e9finit une quantit\u00e9 qu\u2019il baptise <i>entropie<\/i> mais dont la nature reste myst\u00e9rieuse. Si on suit l\u2019\u00e9volution d\u2019une certaine quantit\u00e9 d\u2019\u00e9nergie, alors l\u2019entropie associ\u00e9e \u00e0 cette \u00e9nergie ne peut qu\u2019augmenter ou rester constante. Si l\u2019\u00e9volution est r\u00e9versible, l\u2019entropie reste constante. Si l\u2019\u00e9volution est irr\u00e9versible l\u2019entropie augmente. Il est \u00e0 noter que, telle que Clausius l\u2019a d\u00e9finie, l\u2019entropie ne peut \u00eatre mesur\u00e9e de fa\u00e7on absolue. Tout ce qu\u2019on peut mesurer c\u2019est sa variation.<\/p>\n

Un exemple tr\u00e8s simple est la d\u00e9tente d\u2019un gaz comprim\u00e9 par un piston dans un cylindre. Lorsque le gaz se d\u00e9tend, il pousse le piston produisant ainsi du travail m\u00e9canique. Si le cylindre est isol\u00e9 thermiquement, le gaz se refroidit. On a effectivement converti de la chaleur en travail m\u00e9canique. Cette d\u00e9tente est r\u00e9versible car on peut rendre au gaz l\u2019\u00e9nergie ainsi fournie en le comprimant de nouveau, ce qui l\u2019\u00e9chauffe (1). Dans cette transformation r\u00e9versible, l\u2019entropie reste constante. Par contre s\u2019il y a une fuite de gaz \u00e0 travers le piston, le gaz va se d\u00e9tendre irr\u00e9versiblement sans fournir de travail m\u00e9canique. Sa temp\u00e9rature reste la m\u00eame ainsi que son contenu en \u00e9nergie, mais cette derni\u00e8re s\u2019est d\u00e9grad\u00e9e. Le gaz ne peut plus fournir d\u2019\u00e9nergie m\u00e9canique. Son entropie a augment\u00e9.<\/p>\n\n\n
\n\"cylindre<\/a><\/p>\n<\/td>\n\nLa d\u00e9tente d\u2019un gaz peut \u00eatre r\u00e9versible (piston)
\nou irr\u00e9versible (fuite).\n<\/td>\n<\/tr>\n<\/table>\n

<\/p>\n

Dans notre prochain article nous verrons comment Boltzmann a r\u00e9ussi \u00e0 concilier cette irr\u00e9versibilit\u00e9 thermodynamique avec la r\u00e9versibilit\u00e9 des lois de la m\u00e9canique de Newton.<\/p>\n

(1) On constate cet \u00e9chauffement chaque fois qu\u2019on gonfle un pneu<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Pour un astrophysicien, observer l\u2019univers et essayer d\u2019en \u00e9lucider les myst\u00e8res, c\u2019est un peu \u00eatre dans la situation du spectateur qui arrive au milieu d\u2019un film et qui essaye d\u2019en comprendre le sc\u00e9nario. Que s\u2019est-il pass\u00e9 avant? Que va-t\u2019il se passer ensuite? Sans vraiment s\u2019en rendre compte, Carnot avait mis le doigt sur deux cl\u00e9s … Continuer la lecture de 7 – L\u2019\u00e9volution irr\u00e9versible de l\u2019\u00e9nergie<\/span> →<\/span><\/a><\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[],"tags":[],"class_list":["post-103","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.francois-roddier.fr\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/103","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.francois-roddier.fr\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.francois-roddier.fr\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.francois-roddier.fr\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.francois-roddier.fr\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=103"}],"version-history":[{"count":3,"href":"https:\/\/www.francois-roddier.fr\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/103\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":280,"href":"https:\/\/www.francois-roddier.fr\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/103\/revisions\/280"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.francois-roddier.fr\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=103"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.francois-roddier.fr\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcategories&post=103"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.francois-roddier.fr\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Ftags&post=103"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}