Physique
Les planètes évoluent-elles ? Retour sur la théorie de l’entropie
Vue d’artiste d’une hypothétique planète “rajeunie”, une géante gazeuse qui aurait retrouvé son éclat infrarouge de jeunesse. © Nasa
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Les êtres vivants ne sont pas les seuls à évoluer : étoiles, planètes et minéraux évoluent aussi, et prennent des formes de plus en plus complexes. C’est la conclusion un peu contre-intuitive d’une étude récemment parue dans la revue scientifique américaine PNAS. L’occasion de revenir sur l’articulation entre les deux grands principes – entropique et néguentropique – qui gouvernent l’Univers.
Un peu de thermodynamique…
Quel est le grand principe qui détermine le devenir de l’Univers ? La réponse que l’on donnerait volontiers, après un siècle et demi de recherche scientifique, tient en un mot : entropie. L’entropie désigne une tendance globale à l’augmentation du désordre, vers le chaos, sans échange possible avec un milieu extérieur. Par augmentation du désordre, il faut entendre : dissipation de l’information, diminution de l’organisation, dispersion de l’énergie de moins en moins utilisable. Dans cet horizon, l’Univers (qui est un système clos) serait promis à un lent délitement, à une infinie dispersion glacial.
La théorie de l’entropie possède deux sources principales. La thermodynamique d’abord, qui se développe dans le sillage des travaux de Sadi Carnot (le physicien, 1796-1832). La notion d’entropie est ainsi proposée dans par Rudolf Clausius en 1865 dans Sur diverses formes des équations fondamentales de la théorie mécanique de la chaleur, puis reprise par Lord Kelvin, Ludwig Boltzmann et Max Planck, pour décrire les conséquence du deuxième principe de la thermodynamique. Selon ce principe, toute transformation physique implique au augmentation globale du désordre ou au mieux, si rien n'est « perdu » dans la transformation (l'énergie n'est jamais absolument perdue, mais elle peut être dissipée à un point irrécupérable) une strabilité du niveau de désordre. L'entropie ne diminue jamais globalement, elle tend plutôt à croitre avec le devenir transformateur de l'univers. La notion d'entropie est reprise, à la fin des années 1940, par le mathématicien américain Claude Shannon pour décrire, dans « A Mathematical Theory of Communication » (« Une théorie mathématique de la communication »), la déperdition d’information dans toute transmission à cause du bruit. Mesure du désordre, l’entropie augmente en somme spontanément presque chaque fois qu’il se passe quelque chose. Du moins ne peut-elle pas diminuer.
Cette augmentation de l’entropie, toutefois, peut être localement contrebalancée dans un sous-système ouvert, capable d’échanger de l’énergie avec l’extérieur. C’est le principe de néguentropie – c’est à dire tendre vers le contraire du chaos : l’ordre, l’organisation. L’idée est introduite par Erwin Schrödinger en 1944 dans Qu’est-ce que la vie ? La vie est manifeste, par excellence, une dynamique néguentropique. A l’échelle de l’individu organique, elle est capable de maintenir, pendant un temps, sa structure, et même de se développer. À l’échelle de l’espèce, elle évolue vers des états croissants d’organisation et de complexité contre la tendance globale à la dispersion. Nicholas Georgescu-Roegen reprendra l'idée, en l’étendant à l’étude de la bioéconomie des flux énergétiques entre les populations et leur milieu, dans The Entropy Law and The Economic Process (« La loi de l’entropie et le processus économique », 1971) notamment. Les équipements « exosomatiques » (machines, industries, etc.) de l'homme manifeste une même propension néguentropique : augmentant en complexité, ils permettent de concentrer d'avantage d'énergie, de stocker davantage d'information dans des structures sophistiquées. Cette augmentation, cependant, ne se fait pas sans augmentation du désordre au dehors : la vie ne se développe pas sans détruire de l'organisation, sans consommer d'autres vivants, sans utiliser des sources d'énergies dans l'environnement, dans le cas de l'homme. Brûler du charbon, c'est détruire un composé relativement ordonné - une énergie condensée - pour produire un ordre supérieur. La néguentropie, locale, implique une redistribution des gradients d'ordre et de désordre au niveau global. Le processus implique une perte - une dissipation d'énergie -, et génère des déchets.
