Thermodynamique

Energie et entropie : la nécessité de parler correctement !

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ARNAUD SPIRE. Energie, sens et contresens. Dossier Sciences et philosophie. Extrait. PAS DE SYMÉTRIE ENTRE LE PASSÉ ET LE FUTUR

Ilya Prigogine a introduit dans La Nouvelle Alliance, métamorphose de la science, l’idée que le temps historique n’est pas réversible et que la nature a donc une histoire. Le physicien français contemporain Michel Paty est donc forcé d’admettre la métaphore prigoginienne de la flèche dès lors que l’on parle du temps en thermodynamique : « Le cours du temps du passé vers le futur avait été postulé au départ, par exemple quand Aristote définissait le temps comme le nombre du mouvement en rapport à l’avant et à l’après. » Mais l’uniformité du temps et la parfaite symétrie entre le passé et le futur supposées par la mécanique classique impliquaient la RÉVERSIBILITÉ des lois du mouvement : cet état de chose demeure d’ailleurs encore dans le cadre de la relativité générale. Mais elles sont généralement attribuées à l’entremise de la thermodynamique (rapport entre chaleur et travail) et de l’IRRÉVERSIBILITÉ qui en résulte. Tous les états et processus naturels sont irréversibles parce qu’inscrits dans un temps non circulaire. L’entropie qui mesure le degré, le désordre d’un système en physique et l’évolution en biologie sont d’ores et déjà des expressions scientifiquement avérées de l’irréversibilité.

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https://www.connaissancedesenergies.org/tribune-actualite-energies/de-quoi-lenergie-est-elle-le-nom

Étienne Klein. De quoi l’énergie est-elle le nom ? 2017. Extraits. Les bons mots de l’énergie

De fait, l’énergie n’a pu devenir un concept central de la physique qu’un siècle et demi plus tard, à partir du moment où il fut établi qu’elle obéit à une implacable loi de conservation. Qu’est-ce à dire ? Lorsque deux systèmes interagissent, ils échangent de l’énergie : au cours de l’interaction, la somme des variations d’énergie dans le premier système se trouve toujours être l’opposée de la somme des variations d’énergie dans le second, de sorte que l’énergie globale est conservée. Mais nos façons de dire l’énergie, notamment lorsque nous débattons de la « transition énergétique », ne rendent guère justice aux découvertes des physiciens. Par exemple, dès lors que l’énergie d’un système isolé demeure constante, il devient trompeur de parler de « production d’énergie », car cette expression laisse entendre que l’énergie pourrait émerger du néant, surgir de rien. En réalité, il ne s’agit jamais que d’un changement de la forme que prend l’énergie, ou d’un transfert d’énergie d’un système à un autre, jamais d’une création ex nihilo. Un exemple ? « Produire » de l’électricité dans une centrale nucléaire signifie transformer l’énergie libérée par les réactions de fission de l’uranium 235 en énergie électrique d’une part, en chaleur d’autre part. L’énergie présente à la fin du processus est exactement la même qu’au début. Contrairement à ce qu’on proclame, on n’en a donc pas produit du tout.

Pour mieux comprendre comment les choses se passent, il faut faire appel à un autre concept, plus subtil, celui d’entropie. Il s’agit d’une grandeur qui caractérise la capacité d’un système physique à subir des transformations spontanées : plus grande est la valeur de l’entropie, plus faible est la capacité du système à se transformer. En évoluant, un système augmente son entropie, c’est-à-dire affaiblit sa tendance à évoluer : plus il a changé, moins il a tendance à continuer à changer, jusqu’à ce que, son entropie étant devenue maximale, il demeure dans un état d’équilibre. C’est là tout le sens du second principe de la thermodynamique.

L’entropie mesure en fait la « qualité » de l’énergie disponible au sein du système. Au cours de ses transformations, l’énergie devient de moins en moins utilisable. Une énergie de bonne qualité est une énergie ordonnée, c’est-à-dire d’entropie faible. C’est par exemple celle de la chute d’eau qui, grâce à son mouvement d’ensemble descendant, est facilement récupérable (on peut l’utiliser pour faire tourner une turbine). Au bas de la chute, les molécules d’eau ont perdu l’ordonnancement vertical, dû à la pesanteur, qu’elles avaient lors de la chute. Leur énergie s’est désordonnée et a donc perdu de sa qualité. En fait, elle s’est en partie transformée en chaleur, notion ici ambiguë car perd de son sens à l’échelle microscopique : elle n’est que la partie désordonnée de l’énergie mécanique totale.

De la même façon, on ne devrait pas parler de « consommation d’énergie ». Car consommer la totalité d’un kilojoule d’énergie, ce n’est nullement le faire disparaître : c’est prendre un kilojoule d’énergie sous une forme de faible entropie (par exemple de l’électricité) et le convertir en une quantité exactement égale d’énergie sous une autre forme, possédant en général une entropie beaucoup plus élevée (de l’air chaud ou de l’eau chaude par exemple). En bref, consommer de l’énergie, ce n’est pas consommer de l’énergie, c’est créer de l’entropie. On ne devrait pas non plus dire qu’il existe des énergies à proprement parler « renouvelables », car ce n’est jamais l’énergie elle-même qui se renouvelle, seulement le processus physique dont on l’extrait (par exemple le vent ou l’émission de lumière par le Soleil)…

Suis-je en train de « pinailler » ? Sans doute, mais dans le but d’illustrer le fait que si l’on dit mal les choses, on risque de mal les penser. Or, la nature ne se laissera jamais duper par nos jeux de langage. […]

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Il y a urgence à travailler les concepts et le langage approprié ! Comme l’indique Etienne Klein, nous ne consommons pas de l’énergie ; nous la transformons, et ce faisant nous créons de l’entropie, c’est-à-dire du désordre. Il faut encore préciser que lorsque nous créons des structures (de l’organisation, de « l’ordre »), nous provoquons une désorganisation (un « désordre ») encore plus grand dans l’environnement… C’est le second principe de la thermodynamique, cette branche fondamentale des sciences physiques qu’il faudrait introduire dans l’enseignement, dès le collège et le lycée…

On pourra consulter également tous les travaux proposés à la page : https://jcmarot.com/energies/

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