Il ne faut pas confondre entropie et énergie. L'entropie est associée à l'information ; on pourrait dire qu'elle est le contraire de l'information. Ce que la 2e loi de la thermodynamique dit, c'est qu'il existe deux types processus possibles dans un système : les processus réversibles et les processus irréversibles. Cela ne tient pas compte des quantités d'énergie échangées ou non : cela ne tient compte que de l'entropie. Un processus est réversible lorsqu'en s'effectuant l'entropie du système où il s'opère demeure constante. Ainsi, il est possible au système de revenir de lui-même, spontanément, à son état initial après que se soit effectué ce processus qui l'avait amené à un état final différent. Au contraire, un processus est irréversible lorsqu'en s'effectuant l'entropie du système où il s'opère augmente. Alors, il est impossible au système de revenir de lui-même, spontanément, à son état initial.

Un système peut donc se désorganiser de lui-même, tout en conservant l'entièreté de son énergie. Il lui est cependant impossible de s'organiser davantage sans apport d'énergie de l'extérieur. Mais un apport d'énergie de l'extérieur n'entraîne pas automatiquement une organisation d'un système ! L'entropie d'un système peut même augmenter lors d'un apport d'énergie extérieure : par exemple, lorsque la glace fond sous l'action de la chaleur du Soleil (l'eau à l'état liquide est désorganisée, alors qu'à l'état solide les molécules d'eau sont agencées selon une structure très précise.)

LA TRAPPE

Revenons au cas de la trappe placée dans la boîte. (En passant, les termes "actif" et"passif" n'ont pas de sens en physique.) Si la trappe peut s'ouvrir dans les deux sens, alors le passage d'une balle du côté gauche au côté droit est réversible : ce passage se fait à entropie constante. Le système atteint alors son état d'entropie maximale lorsque il y a autant de balles du côté droit que du côté gauche (en effet, s'il y a davantage de balles d'un côté que de l'autre, disons du côté droit, le hasard du mouvement et des collisions des balles fera en sorte qu'en moyenne il y aura plus de balles qui se dirigeront du côté droit vers le côté gauche que l'inverse. Et réciproquement.) Au contraire, si la trappe est à sens unique (par exemple, si elle ne laisse passer des balles que du côté gauche vers le côté droit), alors le passage d'une balle du côté gauche au côté droit est irréversible et entraîne une augmentation de l'entropie du système, même si aucune échange d'énergie n'est impliqué dans le processus. Le système atteint alors son état d'entropie maximale lorsque toutes les balles sont du côté droit. Puisque le mouvement des balles se fait au hasard, la présence de la trappe à sens unique "oriente le hasard", c'est-à-dire qu'elle interdit la réalisation de certains mouvements que le hasard aurait produit sans la trappe (dans ce cas-ci, il s'agit du passage d'une balle du côté droit vers le côté gauche) . La trappe fait en sorte que l'état le plus probable du système, qui sera atteint par la seule action du hasard "orienté", est celui où toutes les balles se retrouvent du côté droit.

Lorsque vous comparez "l'action" de la trappe à celle de la gravité sur une boîte tournée sur le côté, cette comparaison est effectivement fausse du point de vue des échanges d'énergie. Mais du point de vue de l'entropie, ces échanges d'énergie ne sont pas pertinents et la comparaison est juste : la trappe à sens unique oriente le comportement des boules tout comme le ferait la gravité. La trappe à sens unique, du point de vue de l'état du système, joue exactement le même rôle qu'une force.

LES ÊTRES VIVANTS

Les êtres vivants ont effectivement une faible entropie. Prenez une protéine : il s'agit d'une chaîne de plusieurs centaines d'unités (appelées acides aminés) qui sont enfilées dans un ordre très précis. Changez un seul de ces acides aminés et la protéine perd ses propriétés spécifiques. Un être vivant contient des milliers de protéines différentes jouant chacune un rôle très précis. Les probabilités pour que ces milliers de protéines s'assemblent d'elles-mêmes par hasard dans un milieu contenant tous les acides aminés requis sont tellement faibles que ce processus est en pratique impossible. (Ce processus serait encore bien plus improbable, par exemple, que celui par lequel les molécules de sucre dissoutes dans un café s'assembleraient au hasard pour reconstituer le carré de sucre initial. Dans cet exemple, la dissolution du carré de sucre dans le café est un processus irréversible. Dans le cas des êtres vivants, la "désintégration" de protéines existant déjà au départ serait le processus irréversible correspondant.) La question se pose donc : comment la vie est-elle possible ?

La 2e loi de la thermo dit que l'entropie d'un système isolé ne peut pas diminuer. Or, un être vivant n'est pas un système isolé : il échange de l'énergie et de la matière avec son milieu : le sol, l'eau, l'atmosphère, les autres êtres vivants, et... le Soleil. Le Soleil est la source unique d'énergie pour presque tout le monde vivant. Si on prend le système au complet : Soleil plus atmosphère plus sol plus eau plus êtres vivants, alors l'entropie du système augmente. Localement, dans un être vivant, l'entropie diminue, mais globalement, dans le système entier, elle augmente. L'activité des êtres vivants contribue en effet à dégrader l'énergie provenant du Soleil. Cette énergie arrive sous forme de photons de lumière visible. Sous cette forme, elle est entièrement utilisable par les êtres vivants : elle est capturée par photosynthèse. Après avoir été utilisée, cette même énergie se retrouve essentiellement sous forme de chaleur (mouvement aléatoire des molécules) et de rayonnement infrarouge. À la fin, on retrouve exactement la même quantité d'énergie qu'au départ, mais sous des formes qui ne sont que partiellement utilisables pour "faire du travail". Autrement dit, à la fin, seule une fraction de l'énergie initiale est encore disponible pour faire quelque chose : le reste est absolument inutilisable. C'est cela que signifie l'expression "dégradation de l'énergie".

Daniel

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