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PHYSIQUE / L'entropie et les principes de la thermodynamique
Si l'entropie est statistique (loi des grands nombres), il faut rester, comme le rappelle Jean Zin, très prudent dans l'extension des principes de l'entropie à toute sorte d'ordres, sans aucun rapport avec la température et qui n'ont donc plus rien à voir avec l'entropie thermodynamique qui reste inchangée. Qui plus est elle n'est pas applicable en dehors d'un système isolé, c'est-à-dire un système qui n'échange ni énergie, ni information. Ce message est pour Bernard Stiegler. Paris8philo
Les principes de la thermodynamique
Il y a un "principe zéro" de la thermodynamique qui stipule que deux systèmes thermodynamiques en équilibre avec un troisième sont en équilibre entre eux. Leur propriété commune est la température. Cela veut dire aussi que pour qu'il y ait transfert d'énergie, il faut une différence de température (on comprend que l'analogie de la chaleur avec un flux coulant d'un niveau à l'autre sous l'effet de la gravitation se soit imposé d'abord.). C'est un principe mathématique de commutativité et de transitivité.
Le premier principe introduit le dogme de la conservation d'énergie et de l'équivalence entre travail (W) et chaleur (Q) mesurés en Joules (J). Une turbine ou un piston transforment de la chaleur en travail. Dans un système fermé le bilan énergétique (W+Q=0) est nul par définition, ce qui rend impossible tout mouvement perpétuel sans apport externe d'énergie dès lors qu'il y a travail. C'est pour l'énergie qu'est absolument vrai qu'une augmentation d'un côté se traduit par une diminution de l'autre. L'énergie se conserve (mécanique, thermique, chimique, électromagnétique), elle ne peut être ni créé, ni détruite mais elle se transforme. C'est à ce niveau que "rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme" (Lavoisier). C'est un dogme intangible qui se réduit à exiger l'égalité entre la cause et l'effet, entre les deux côtés des équations, fondant la possibilité de la mathématisation de la physique (et en premier lieu de la dynamique). L'énergie se définit ainsi comme une constante numérique, ce qui implique de toujours chercher dans un bilan énergétique où est passée l'énergie manquante (sous forme de chaleur et de rayonnement). Car si l'énergie se conserve, elle se transforme aussi et dans sa transformation il y a de la perte, il n'y a jamais transformation intégrale dans une seule forme d'énergie mais toujours des fuites plus ou moins importantes dans les autres formes, ce qui débouche sur le second principe.
Le second principe est celui qui nous intéresse, car, si le premier principe énonce une conservation de l'énergie qui semble en contradiction avec notre expérience quotidienne, le second confirme qu'il y a toujours des phénomènes de frottement, de diffusion, que l'on considère comme des pertes d'énergie utilisable, c'est-à-dire qu'on peut transformer en travail. L'énergie ne se conserve pas dans sa forme originelle mais se transforme et se divise. On expérimente constamment que l'entropie d'un système isolé augmente, c'est-à-dire que l'énergie, bien que toujours présente, y est de moins en moins concentrée et disponible. Seule la différence de niveau d'énergie (de température) est utilisable, différence qui tend à s'estomper, à revenir à l'équilibre d'une moyenne en se dissipant ou en se mélangeant, en perdant la barrière qui la retenait. Ce que le second principe énonce c'est que l'entropie n'est pas l'énergie. Ce qu'on perd ce n'est pas de l'énergie mais seulement ses différences de répartition, la rigidité d'un ordre, la chaleur produite (l'entropie étant à l'origine "la quantité totale de chaleur ajoutée, divisée par la température").
Le troisième principe, ou principe de Nernst, précise simplement que l'entropie massique devient nulle au voisinage du zéro absolu qui fige tout mouvement (du moins pour un cristal parfait), ce qui constitue une base de calcul pour l'entropie dont on ne peut mesurer sinon qu'une différence d'entropie (constituée elle-même de différences).
Le seul principe physique et dynamique, c'est le second principe, dit aussi principe d'évolution, les autres étant purement formels. On peut même considérer comme Einstein que c'est le principe le plus important de la physique. En tout cas, c'est l'existence de l'entropie qui pose problème, suscitant de nombreuses interprétations. L'interprétation dominante est celle d'une loi physique stricte, ce qui impliquerait qu'un gain d'ordre d'un côté doit se payer par un désordre plus grand de l'autre, exprimant une totale confusion avec le premier principe de conservation de l'énergie (et pas de l'entropie!). L'interprétation orthodoxe, qui est celle de Boltzmann, est d'ordre statistique, ce qui est tout autre chose. Il peut donc y avoir diminution locale de l'entropie (sinon rien ne pourrait jamais exister) même si ce n'est pas le plus probable et qu'il n'y aura jamais diffusion de chaleur du froid vers le chaud mais seulement du chaud vers le froid. Il est certain que plus l'entropie est faible, plus il est probable qu'elle augmente, mais plus elle est grande (proche de l'équilibre) et plus elle a des chances de diminuer (création d'ordre à partir du désordre). Cette entropie négative est ce qu'on appelle l'auto-organisation. Il faut ajouter à cela la fonction de l'information qui permet à la vie de lutter contre l'entropie par une création d'ordre à partir de l'ordre, réussissant à répandre partout et rendre probable le plus improbable : la vie elle-même. A cause du rôle qu'y joue l'information, la comparaison de la vie avec un réfrigérateur ou d'autres structures dissipatives n'est pas du tout pertinente. De même, si le phénomène de "décohérence" qui implique une perte d'information à chaque interaction au niveau quantique peut être considéré comme son fondement physique, on ne peut y réduire l'entropie dont le caractère statistique et macroscopique reste essentiel, témoignant de sa dimension subjective, "anthropique" (tout comme le concept d'information). C'est ce qu'il faut souligner, la finalité pratique du concept d'entropie et son horizon humain.
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