Vol 2 - Numéro 3

Entropie : thermodynamique – énergie – environnement – économie

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Cette publication réexamine le modèle de Curzon-Ahlborn du moteur thermomécanique. Après un rappel historique de modèles gradués (Carnot endo-réversible puis irréversible, Chambadal introduisant l’irréversibilité de transfert à la source) on examine la méthodologie d’optimisation des moteurs thermomécaniques selon le modèle de Curzon et Ahlborn avec un point de vue fondamental, en focalisant sur l’obtention du maximum d’énergie ou de puissance et le rendement associé à ces conditions. Il en résulte des résultats nouveaux complémentaires à ceux existants dans la littérature, ainsi qu’une homogénéisation des diverses approches existantes (dont des propositions nouvelles récentes que nous avons faites). Des résultats nouveaux en découlent. On notera plus particulièrement la différence entre les approches en transformations thermodynamiques (selon Curzon et Ahlborn) puis en moyenne de cycle (selon Chambadal) Il ressort du présent article l’intérêt confirmé pour la description des irréversibilités en production d’entropie plus qu’en ratio entropique. Cette nouvelle approche peut donner lieu à prolongement actuellement en cours de développement à notre initiative.

Dans des travaux antérieurs, une description exhaustive a été obtenue des processus d’agrégation aux-quels le système idéal décrit par le modèle dit IdEP-IdLA peut être soumis à la fois dans des conditions fermées (à l’équilibre) et dans des conditions ouvertes (loin de l’équilibre). Le modèle a montré une cohérence thermodynamique telle qu’il peut être utilisé pour une étude théorique de processus réels. L’objectif de ce travail est donc d’essayer de transférer les résultats obtenus dans le domaine biochimique : en particulier, nous proposons ici d’étudier si le modèle est capable de contribuer à définir les exigences probabilistes auxquelles doit être soumise la biogenèse. Le raison-nement conduit à des conclusions largement en phase avec l’état de l’art sur ce sujet mais ouvre en même temps la voie à une conjecture tout à fait innovante : la possibilité que certains phénomènes puissent être soutenus par un flux d’informations qui procède selon une flèche inversée du temps. C’est la conjecture d’Ariane.

Plusieurs expériences ont été récemment réalisées pour confirmer le principe de Landauer, selon lequel l’effacement d’un bit d’information requiert une dissipation d’énergie d’au moins $$$K$$$_B $$$ T$$$ Log 2. Elles reposent sur le principe de la mémoire bistable. D’autres expériences de nano-moteurs à fluctuations thermodynamiques apportent un point de vue complémentaire basé sur la mémoire à bascule. En approfondissant leur analyse on montre que leurs résultats sont suffisamment précis pour conclure qu’il convient de modifier le principe de Landauer. En remontant aux sources des travaux de Landauer, nous sommes amenés à reconsidérer la machine imaginée par Szilard pour résoudre le paradoxe du démon de Maxwell, qui a conduit von Neumann à proposer une forme d’équivalence entre l’entropie et l’information. L’étude d’une variante de la machine de Szilard montre qu’en réalité son fonctionnement ne dépend pas de l’information que posséderait un observateur. Il en résulte une nouvelle approche théorique pour résoudre le paradoxe de Maxwell. Elle suggère l’existence d’un phénomène quantique, qui provoque une augmentation subite d’entropie lors de l’inversion ou de la disparition d’un bit d’information. La variation d’entropie est réversible si cette inversion ou cette disparition est spontanée, elle est irréversible si la transition ou la disparition est forcée par le moyen d’un paramètre de contrôle. Cette théorie réfute le principe d’équivalence entre information et entropie, qui s’est largement propagé sous l’influence des travaux de Shannon et de Brillouin, et qui est notamment à l’origine du paradoxe de l’information relatif aux trous noirs. Ce paradoxe qui résulte de théories de Bekenstein et de Hawking disparait donc avec ce principe.