Dans mon billet pr\u00e9c\u00e9dent, j\u2019ai parl\u00e9 de la machine de Newcomen. Son faible rendement est d\u00fb au fait qu\u2019elle soumet non seulement le fluide mais aussi le cylindre et le piston \u00e0 des variations tr\u00e8s rapides de temp\u00e9rature. En 1769 James Watt fait breveter une machine dans laquelle la vapeur se condense dans un r\u00e9cipient s\u00e9par\u00e9, am\u00e9liorant ainsi consid\u00e9rablement le rendement de la machine. \u00c0 cette \u00e9poque, les ing\u00e9nieurs s\u2019interrogent sur la fa\u00e7on d\u2019am\u00e9liorer encore le rendement.<\/p>\n
L\u2019int\u00e9r\u00eat de la vapeur d\u2019eau est de se condenser, permettant le retour du piston. Plus on se rapproche de son point critique, plus l\u2019eau se condense facilement. Ne pourrait-on pas op\u00e9rer au voisinage de son point critique (374\u00b0C et 220 atmosph\u00e8res)? voire utiliser un autre fluide pour lequel le point critique est plus facile \u00e0 utiliser. Quel rendement peut-on esp\u00e9rer?\u00a0<\/p>\n
La r\u00e9ponse a \u00e9t\u00e9 donn\u00e9e en 1824 par une jeune fran\u00e7ais de 27 ans, Nicolas L\u00e9onard Sadi Carnot, dans un petit livre intitul\u00e9 \u00abR\u00e9flexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres \u00e0 d\u00e9velopper cette puissance\u00bb:\u00a0 Le rendement maximal d\u2019une machine thermique ne d\u00e9pend que de la temp\u00e9rature de sa source chaude et celle de sa source froide, rien d\u2019autre. Ce rendement maximum n\u2019est obtenu que si la machine est r\u00e9versible, et il est proportionnel \u00e0 la diff\u00e9rence entre ces deux temp\u00e9ratures. En \u00e9crivant son livre, le jeune Carnot cr\u00e9ait de toute pi\u00e8ce une nouvelle branche de la physique que Lord Kelvin appela bien plus tard la thermodynamique.<\/p>\n
De sant\u00e9 fragile, Sadi Carnot est mort \u00e0 36 ans, victime d\u2019une \u00e9pid\u00e9mie. On lui doit le second principe de la thermodynamique alors que le premier, celui de l\u2019\u00e9quivalence de la chaleur et du travail m\u00e9canique n\u2019avait pas encore \u00e9t\u00e9 exp\u00e9rimentalement v\u00e9rifi\u00e9. Il ne l\u2019a \u00e9t\u00e9 qu\u2019en 1843, plus de dix ans apr\u00e8s la mort de Carnot, par le brasseur anglais James Prescott Joule. \u00c0 l\u2019\u00e9poque de Carnot, on consid\u00e9rait encore la chaleur comme une substance physique appel\u00e9e le \u00abcalorique\u00bb. Il a fallu attendre la fin du 19\u00e8me si\u00e8cle, avec Boltzmann et Gibbs, pour comprendre qu\u2019il s\u2019agit d\u2019une grandeur statistique d\u00e9crivant le comportement des mol\u00e9cules, comme le sont \u00e9galement la pression et la temp\u00e9rature. \u00c0 travers ce blog, j\u2019essaye d\u2019expliquer qu\u2019en \u00e9conomie, l\u2019offre et la demande sont aussi des grandeurs statistiques. Elles d\u00e9crivent le comportement des individus dans une soci\u00e9t\u00e9. De la m\u00eame fa\u00e7on, elles ob\u00e9issent \u00e0 des lois que l\u2019on peut mod\u00e9liser.<\/p>\n
Le petit livre de Carnot laissait entendre que si la vapeur d\u2019eau \u00e9tait commode \u00e0 utiliser, \u00e0 cause des larges variations de volume qu\u2019elle procure, elle limitait les diff\u00e9rences de temp\u00e9rature \u00e0 moins de 100\u00b0 et, par l\u00e0, limitait consid\u00e9rablement le rendement de la machine. Utiliser un fluide au voisinage de son point critique serait encore pire, car le rendement de la machine tendrait vers z\u00e9ro. Ce n\u2019est que petit \u00e0 petit, tout au long du 19\u00e8me si\u00e8cle, qu\u2019on est arriv\u00e9 \u00e0 l\u2019id\u00e9e du moteur \u00e0 combustion interne, mais pour cela le charbon ne convenait pas\u2026 Il a fallu d\u00e9couvrir le p\u00e9trole et le raffiner pour que les premiers moteurs \u00e0 essence apparaissent et, avec eux, l\u2019industrie automobile.<\/p>\n
Prenez maintenant votre bicyclette. Vous avez l\u00e0 un bon petit moteur: vos jambes. \u00c0 quelle diff\u00e9rence de temp\u00e9rature op\u00e8re-t-il? Apparemment aucune. La temp\u00e9rature de votre corps est m\u00eame tr\u00e8s bien r\u00e9gul\u00e9e au voisinage de 37\u00b0 C. Comment fonctionne-t-il? Un peu comme un moteur \u00e9lectrique muni d\u2019une bonne pile, gr\u00e2ce \u00e0 l\u2019\u00e9nergie chimique. Ce qui joue le r\u00f4le de la pression et la temp\u00e9rature, ce sont maintenant des potentiels, appel\u00e9s potentiels de Gibbs, du nom du thermodynamicien am\u00e9ricain Josiah Willard Gibbs. Les potentiels aux bornes d\u2019une pile, sont des potentiels de Gibbs. Le fran\u00e7ais Pierre Duhem a appliqu\u00e9 le concept de potentiel de Gibbs \u00e0 la chimie. On parle alors de potentiels chimiques. Les progr\u00e8s dans la fabrication des batteries et accumulateurs font que les moteurs \u00e9lectriques tendent de plus en plus \u00e0 remplacer les moteurs \u00e0 combustion interne. On fabrique aujourd\u2019hui des voitures hybrides.<\/p>\n
Revenons \u00e0 l\u2019id\u00e9e de point critique. Si les moteurs \u00e9lectriques fonctionnent, comme nos jambes, sans diff\u00e9rences de temp\u00e9rature, fonctionnent-ils autour d\u2019un point critique? C\u2019est bien ce qu\u2019ils font effectivement: ils oscillent autour d\u2019un potentiel critique. Le physicien danois Per Bak a montr\u00e9 que c\u2019est la fa\u00e7on dont fonctionnent tous les syst\u00e8mes auto-organis\u00e9s. Ils sont parcourus par un flux permanent d\u2019\u00e9nergie et oscillent autour d\u2019instabilit\u00e9s critiques. Ce ne sont pas des points critiques statiques, mais des points critiques dynamiques. C\u2019est ce que font les cellules de B\u00e9nard, les cyclones, mais aussi tous les \u00eatres vivants. Un \u00eatre vivant est par nature un syst\u00e8me auto-organis\u00e9. Il vit gr\u00e2ce \u00e0 un flux permanent d\u2019\u00e9nergie que lui apporte sa nourriture. Les r\u00e9actions chimiques qui lui permettent de se mouvoir forment des cycles comme le cycle de Krebs<\/a>.<\/p>\n Revenons maintenant \u00e0 notre sujet, l\u2019\u00e9conomie. Une soci\u00e9t\u00e9 humaine est un organisme vivant. Son m\u00e9tabolisme est l\u2019\u00e9conomie. Il est donc naturel que celle-ci soit constitu\u00e9e de cycles autour d\u2019un point critique. Dans mes pr\u00e9c\u00e9dents billets, j\u2019ai d\u00e9crit les oscillations de l\u2019offre et de la demande. Le point critique est un point d\u2019\u00e9quilibre entre les deux. Mais une \u00e9conomie en \u00e9quilibre, pour laquelle l\u2019offre r\u00e9pondrait exactement \u00e0 la demande, ne peut pas \u00e9voluer, ce qui est impossible parce que notre environnement \u00e9volue continuellement, en particulier nos ressources s\u2019\u00e9puisent. Comme le font les animaux, les soci\u00e9t\u00e9s humaines doivent rechercher sans cesse de nouvelles ressources. C\u2019est pourquoi l\u2019offre change sans cesse, cr\u00e9ant de nouvelles demandes puis de nouvelles offres. Le d\u00e9calage entre l\u2019offre et la demande est ce qu\u2019en physique on appelle l\u2019hyst\u00e9r\u00e9sis. Les cycles \u00e9conomiques sont des cycles d\u2019hyst\u00e9r\u00e9sis sur lesquels je reviendrai. Ils sont le moteur de l\u2019\u00e9conomie.<\/p>\n On peut comparer l\u2019\u00e9conomie \u00e0 un cyclone. La partie en \u00e9quilibre est l\u2019\u0153il du cyclone, un point de calme plat. Un cyclone se renouvelle constamment en aspirant l\u2019air tout autour. Il ne traverse pas de crise particuli\u00e8re. De m\u00eame, il faudrait pouvoir renouveler l\u2019\u00e9conomie de fa\u00e7on continue. C\u2019est ce que font les ing\u00e9nieurs dans un moteur d\u2019automobile. On ne construit pas un moteur \u00e0 un seul cylindre. On en met au moins deux en opposition de phase, de pr\u00e9f\u00e9rence quatre en quadrature. Certaines voitures de luxe ont un moteur \u00e0 huit cylindres en V, appel\u00e9 V8. On r\u00e9partit ainsi les phases de crises tout autour du cycle. Il faudrait sugg\u00e9rer \u00e0 nos \u00e9conomistes d\u2019en faire autant.<\/p>\n \u00c0 l\u2019instar des \u00eatres vivants, les cycIones sont constamment \u00e0 la recherche de nourriture, en l\u2019occurence le moindre gradient de temp\u00e9rature. Leur trajectoire est impr\u00e9visible. Lorsque j\u2019habitais Honolulu, la ville a \u00e9t\u00e9 menac\u00e9e par un cyclone. L\u2019alerte a \u00e9t\u00e9 donn\u00e9e. La mer \u00e9tait spectaculaire. Nous avons soigneusement emball\u00e9 tout ce que nous avions de fragile, mis de la toile adh\u00e9sive sur les fen\u00eatres et attendu les instructions \u00e0 la t\u00e9l\u00e9vision. Au dernier moment, le cyclone s\u2019est dirig\u00e9 sur l\u2019\u00eele de Kauai qui a \u00e9t\u00e9 en partie d\u00e9vast\u00e9e. L\u2019\u00e9volution \u00e9conomique de l\u2019humanit\u00e9 aura toujours un certain caract\u00e8re impr\u00e9visible. Il faudra apprendre \u00e0 nous y pr\u00e9parer.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Dans mon billet pr\u00e9c\u00e9dent, j\u2019ai parl\u00e9 de la machine de Newcomen. Son faible rendement est d\u00fb au fait qu\u2019elle soumet non seulement le fluide mais aussi le cylindre et le piston \u00e0 des variations tr\u00e8s rapides de temp\u00e9rature. En 1769 James Watt fait breveter une machine dans laquelle la vapeur se condense dans un r\u00e9cipient … Continuer la lecture de 96 – Qu\u2019est-ce qu\u2019un point critique?<\/span>