Les frottements solides, la viscosit\u00e9 des liquides et des gaz font que l\u2019\u00e9nergie m\u00e9canique se dissipe toujours en chaleur. En l\u2019absence d\u2019apport ext\u00e9rieur d\u2019\u00e9nergie, les mouvements m\u00e9caniques finissent par s\u2019arr\u00eater, tandis que les diff\u00e9rences de temp\u00e9ratures s\u2019estompent et s\u2019annulent. C\u2019est ainsi que les syst\u00e8mes isol\u00e9s tendent vers l\u2019\u00e9quilibre thermodynamique. Leur \u00e9nergie interne reste constante, tandis que leur entropie augmente pour atteindre sa valeur maximale \u00e0 l\u2019\u00e9quilibre.<\/p>\n
Supposons maintenant qu\u2019on maintienne les mouvements m\u00e9caniques en compensant l\u2019effet des frottements par \u00e0 un apport permanent d\u2019\u00e9nergie, et que la chaleur d\u00e9gag\u00e9e soit \u00e9vacu\u00e9e de fa\u00e7on \u00e0 ce que la temp\u00e9rature du syst\u00e8me reste constante. On a maintenant un syst\u00e8me ouvert maintenu en mouvement permanent gr\u00e2ce au flux d\u2019\u00e9nergie qui le traverse. Restant constamment semblable \u00e0 lui-m\u00eame, le syst\u00e8me thermodynamique est qualifi\u00e9 de stationnaire.<\/p>\n
Les exemples de tels syst\u00e8mes abondent dans la nature: un cyclone ou un ensemble de cyclones\/anticyclones tels que l\u2019atmosph\u00e8re terrestre, un \u00eatre vivant ou un ensemble d\u2019\u00eatres vivants comme une esp\u00e8ce animale ou v\u00e9g\u00e9tale, ou un \u00e9cosyst\u00e8me, un \u00eatre humain ou un ensemble d\u2019\u00eatres humains tel qu\u2019une soci\u00e9t\u00e9 humaine. Il y a environ un demi-si\u00e8cle Prigogine leur donnait le nom de structure dissipative.<\/p>\n
Par d\u00e9finition, une structure dissipative dissipe de l\u2019\u00e9nergie donc produit de l\u2019entropie qu\u2019elle \u00e9vacue au fur et \u00e0 mesure qu\u2019elle la produit. Entropie et information \u00e9tant de signe oppos\u00e9 (billet pr\u00e9c\u00e9dent), \u00e9vacuer de l\u2019entropie signifie importer de l\u2019information. Une structure dissipative importe sans cesse de l\u2019information de son environnement. Lorsqu\u2019elle s\u2019auto-organise une structure dissipative diminue son entropie interne, donc augmente son contenu en information en la m\u00e9morisant. C\u2019est une m\u00e9moire temporaire.<\/p>\n
En r\u00e9gime stationnaire, une structure dissipative perd autant d\u2019information qu\u2019elle en m\u00e9morise. Elle renouvelle sans cesse l\u2019information qu\u2019elle m\u00e9morise. Perdre de l\u2019information est synonyme de produire de l\u2019entropie, donc de dissiper de l\u2019\u00e9nergie. C\u2019est en effa\u00e7ant continuellement de l\u2019information qu\u2019elle a m\u00e9moris\u00e9e qu\u2019une structure dissipative dissipe de l\u2019\u00e9nergie.<\/p>\n
S\u2019il est naturel de parler de diminution d\u2019entropie lorsqu\u2019une machine thermique comme un cyclone s\u2019auto-organise, parler d\u2019information m\u00e9moris\u00e9e est plus inhabituel. La m\u00e9moire d\u2019un cyclone est inertielle. Si vous coupez la source d\u2019\u00e9nergie, le cyclone va continuer \u00e0 tourner mais de moins en vite. La m\u00e9moire de ce mouvement va s\u2019effacer progressivement au fur et \u00e0 mesure que l\u2019\u00e9nergie se dissipe.<\/p>\n
On sait aujourd\u2019hui que les organismes vivants m\u00e9morisent de l\u2019information dans leurs g\u00e8nes. Les organismes les plus \u00e9volu\u00e9s ont aussi un cerveau. Un jeune enfant m\u00e9morise \u00e9norm\u00e9ment d\u2019information au cours de son \u00e9ducation. Devenu adulte, il oublie autant de faits qu\u2019il en m\u00e9morise de nouveaux. Devenu vieux, sa m\u00e9moire d\u00e9cline peu \u00e0 peu, comme sa facult\u00e9 de dissiper l\u2019\u00e9nergie. Les soci\u00e9t\u00e9s humaines ont longtemps m\u00e9moris\u00e9 de l\u2019information dans des livres. Aujourd\u2019hui, leur facult\u00e9 de m\u00e9moriser de l\u2019information a consid\u00e9rablement augment\u00e9, comme celle de dissiper de l\u2019\u00e9nergie.<\/p>\n
J\u2019ai d\u00e9j\u00e0 parl\u00e9 dans ce blog du mod\u00e8le de cerveau de Stassinopoulos et Bak (billet 62<\/a>). Il est d\u00e9crit dans mon livre sur la thermodynamique de l\u2019\u00e9volution (sections 9.3 et 9.4). Ce mod\u00e8le s\u2019applique \u00e0 un r\u00e9seau neuronal quelconque. Il peut, par exemple, \u00eatre utilis\u00e9 pour comprendre le comportement d\u2019une soci\u00e9t\u00e9 humaine (billet 63<\/a>). On parle alors de \u00ab\u00a0cerveau global\u00a0\u00bb. Il peut aussi \u00eatre utilis\u00e9 pour d\u00e9crire un r\u00e9seau d\u2019\u00e9changes \u00e9conomiques (voir mon expos\u00e9 au CNAM<\/a>). Il pourrait m\u00eame s\u2019appliquer \u00e0 un gaz, consid\u00e9r\u00e9 comme un ensemble de particules qui \u00e9changent de l\u2019information (billet 26<\/a>).<\/p>\n Un cas particulierement int\u00e9ressant est celui d\u2019un \u00e9cosyst\u00e8me. Apr\u00e8s avoir re\u00e7u une formation d\u2019ing\u00e9nieur chimiste, Robert Ulanowicz s\u2019est int\u00e9ress\u00e9 aux \u00e9cosyst\u00e8mes comme \u00e9tant des r\u00e9seaux d\u2019agents \u00e9changeant de la mati\u00e8re, de l\u2019\u00e9nergie et de l\u2019information. Il a ainsi mod\u00e9lis\u00e9 les \u00e9changes entre les organismes vivants de la baie de Chesapeake. Pour Ulanowicz, les \u00e9cosyst\u00e8mes m\u00e9morisent de l\u2019information tout comme le fait un cerveau humain. Il d\u00e9finit le degr\u00e9 d\u2019ordre d\u2019un \u00e9cosyst\u00e8me par un param\u00e8tre \u03b1 compris entre 0 et 1.<\/p>\n On peut interpr\u00e9ter ce param\u00e8tre d\u2019ordre \u03b1 comme \u00e9tant la fraction de m\u00e9moire utilis\u00e9e par ce r\u00e9seau neuronal. Ses r\u00e9sultats s\u2019appliquent \u00e0 toute structure dissipative consid\u00e9r\u00e9e comme un r\u00e9seau neuronal. Nous avons vu plus haut qu\u2019une structure dissipative s\u2019auto-organise en m\u00e9morisant de l\u2019information sur son environnement. Plus la quantit\u00e9 d\u2019information m\u00e9moris\u00e9e est grande, mieux la structure s\u2019adapte \u00e0 son environnement, mais plus elle doit modifier d\u2019information pour rester adapt\u00e9e, donc plus elle dissipe d\u2019\u00e9nergie. Il arrive un moment ou la fraction 1-\u03b1 de m\u00e9moire disponible devient insuffisante, de sorte que les capacit\u00e9s d\u2019adaptation de la structure n\u2019augmentent plus et m\u00eame diminuent. Il existe une valeur de \u03b1 pour laquelle la capacit\u00e9 d\u2019adaptation est optimale.<\/p>\n Robert Ulanowicz d\u00e9finit la robustesse R d\u2019un \u00e9cosyst\u00e8me comme \u00e9tant sa capacit\u00e9 \u00e0 s\u2019adapter aux changements. Il montre que R doit \u00eatre de la forme R = -\u03b1.log(\u03b1). La robustesse est nulle pour \u03b1\u00a0=\u00a00 et pour \u03b1\u00a0=\u00a01. Elle est maximale et \u00e9gale \u00e0 1 pour \u03b1 = 1\/e o\u00f9 e est la base des logarithmes n\u00e9p\u00e9riens (e\u00a0=\u00a02,718). Ses mesures sur les \u00e9cosyst\u00e8mes de la baie de Chesapeake montrent que les valeurs observ\u00e9es de \u03b1 se concentrent effectivement autour de la valeur 1\/e. Pour plus de d\u00e9tails voir l\u2019article original (1). Dans un prochain billet, nous en tirerons les cons\u00e9quences.<\/p>\n (1) R.E. Ulanowicz, Int. J. of Design & Nature and Ecodynamics. Vol. 4, No. 2 (2009) 83\u201396.<\/p>\n <\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Les frottements solides, la viscosit\u00e9 des liquides et des gaz font que l\u2019\u00e9nergie m\u00e9canique se dissipe toujours en chaleur. En l\u2019absence d\u2019apport ext\u00e9rieur d\u2019\u00e9nergie, les mouvements m\u00e9caniques finissent par s\u2019arr\u00eater, tandis que les diff\u00e9rences de temp\u00e9ratures s\u2019estompent et s\u2019annulent. C\u2019est ainsi que les syst\u00e8mes isol\u00e9s tendent vers l\u2019\u00e9quilibre thermodynamique. Leur \u00e9nergie interne reste constante, tandis … Continuer la lecture de 86 – Les structures dissipatives<\/span>