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Émission du 26 avril 2019 : Le désordre

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Le scientifique a-t-il une opinion sur ce qu’est le désordre ?

Figurez-vous que la question du désordre figure en bonne place parmi les préoccupations des physiciens, et notamment des thermodynamiciens. En thermodynamique, discipline de la physique qui prit son essor dans la seconde moitié du 19ème siècle, il existe deux principes fondamentaux. Le premier gère les échanges d’énergie (mécanique, électrique ou calorifique) entre les différents systèmes, à la façon d’un banquier qui tiendrait une comptabilité, avec pour postulat de base la conservation de l’énergie, tout comme Lavoisier avait postulé antérieurement de la conservation de la masse en chimie : pour lui, rien ne s’oppose à ce que A donne 100 Joule d’énergie à B, ni à ce que la transaction se fasse en sens contraire et que B restitue 100 Joule d’énergie à A. Le second principe vient compliquer bigrement la donne, car, sur la base des observations expérimentales, il postule que toutes les transformations ne sont pas possibles, que la plupart ne peuvent se faire que dans un seul sens, et sont donc irréversibles. Pour simplifier, c’est comme si le premier principe se contentait d’éditer le plan des rues d’une ville, tandis que le second principe y ajoutait le plan de circulation, avec les rues à double sens et celles à sens unique.

Et quelles sont, en l’occurrence, ces règles de circulation ?

La plus importante est que les réactions irréversibles sont créatrices de désordre, une grandeur physique mesurable.

Mais que représentent l’ordre et le désordre pour un physicien ?

L’ordre est synonyme de rangement et de discrimination, tandis que le désordre est synonyme d’uniformisation. Par exemple, l’état 1 constitué d’une tasse d’eau bouillante et d’une tasse d’eau froide est plus ordonné que l’état 2 constitué du mélange des deux contenus donnant de l’eau uniformément tiède : effectivement, si le passage de 1 à 2 est spontané, essayez donc de revenir de 2 à 1 ! La seconde règle est qu’il est impossible de réduire le désordre de l’Univers, qui ne peut donc que croître : au mieux peut-on réduire le désordre d’une partie de l’Univers.

Pouvez-vous donner un exemple ?

Pour faire comprendre cette notion à mes étudiants, je sacrifie chaque année une boîte de craies de couleur qui, à l’origine, sont conditionnées dans huit petits compartiments cartonnés, un par couleur. Après avoir renversé les craies sur mon bureau, je leur dis : « Maintenant, je vais essayer de remettre de l’ordre dans le système « boîte de craies », en les rangeant comme à l’initial ». En m’entendant, on pourrait avoir l’impression que je vais réaliser la transformation en sens inverse : en réalité c’est faux, puisque que les craies ne se rangent pas toutes seules, aussi facilement qu’elles étaient sorties de leur boîte. Au terme de cette opération de rangement, la boîte de craies aura certes retrouvé son ordre initial, mais ce sera au prix d’un plus grand désordre dans mon propre corps (fatigue musculaire), et au final, le bilan pour l’Univers se soldera par un plus grand désordre global.

Ce que vous dites là n’est pas sans retombées philosophiques !

Et écologiques ! Toute tentative de tri sélectif ou de recyclage est globalement vouée à l’échec à l’échelle de l’Univers, mais pas à l’échelle locale, ce qui la justifie pleinement, mais doit néanmoins nous alerter sur son efficacité toute relative. Une collectivité territoriale collecte les ordures ménagères, les trie et les recycle : soit ! Mais à quel prix écologique ? Il y a forcément exportation de désordre vers un ailleurs : où exactement ?

Y a-t-il un moyen de limiter la production de désordre ?

Les transformations les moins créatrices de désordre sont les transformations les plus lentes. Autant dire que c’est en ne faisant rien que nous contribuons le moins à l’augmentation du désordre : chacun l’interprètera comme il voudra ! Ceci étant, il n’est pas impossible que le second principe soit un jour battu en brèche, si par exemple l’Univers, après la phase d’expansion que nous lui connaissons actuellement, amorçait une phase de contraction, dans le cas bien évidemment ou la théorie de mouvements périodiques d’expansion et de contraction serait valide.

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