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Physique des systèmes complexes
l'équilibre est donc en fait un« maximum». Ainsi, lorsque deux systèmes en interaction tendent spontanément vers l'état d'équilibre, ce dernier est caractérisé par
le fait que leur entropie totale est maximum.
Il est évident que la conclusion obtenue dans le cas de deux systèmes en interaction s'étend à un nombre quelconque de systèmes et par-là même à tout système
en déséquilibre interne, que l'on peut toujours décomposer par la pensée en un
ensemble de petits systèmes en interaction. En effet, si un système n'est pas homogène du point de vue de ses grandeurs intensives, il tendra spontanément vers
l'équilibre thermodynamique en échangeant entre ses différentes parties des grandeurs extensives. En d'autres termes il apparaîtra des courants de grandeurs extensives à l'intérieur du système (courant de chaleur, de particules, de charges électriques, etc.) et, de ce fait, son équilibre final sera nécessairement caractérisé par
un état d'entropie maximum.
N'ayant jamais observé de cas où les courants de grandeurs extensives n'allaient
pas dans un sens qui égalise, à l'équilibre thermodynamique, les grandeurs intensives, nous conjecturons qu'il en sera toujours ainsi et nous énonçons de ce fait le
second principe de la thermodynamique
Tout système thermodynamique est caractérisé par une grandeur extensive S appelée entropie. Pour un système isolé, cette quantité n'est pas conservative et ne
peut que croître au cours de toute transformation (naturelle bien évidemment).
(7)
Les transformations spontanées (naturelles) ramènent un système initialement
placé dans un état de déséquilibre vers l'état d'équilibre. Il n'existe pas de transformation naturelle inverse.
On n'a jamais vu de tasse de café, initialement plus chaude que la température
ambiante, continuer à s'échauffer spontanément, en refroidissant la pièce dans
laquelle elle se trouve.
Pour cette raison, les transformations naturelles au cours desquelles il y a production d'entropie sont dites transformations« irréversibles».
Cependant, l'expression (7) prévoit en toute rigueur la possibilité de transformations sans création d'entropie. Au cours de telles transformations, le système
adopte nécessairement une suite d'états d'équilibre. De telles transformations
peuvent être parcourues dans les deux sens et sont, pour cela, dites « réversibles ».
Les transformations réversibles sont nécessairement quasi-statiques puisqu'elles
nécessitent qu'à tout moment, les grandeurs intensives caractérisant le système
soient parfaitement homogènes et définies. Cependant, une transformation quasistatique n'est pas nécessairement réversible, puisqu'on peut toujours imaginer un
retour infiniment lent vers un état d'équilibre.
Il ne suffit pas de mélanger infiniment lentement la sauce tomate dans un plat de
pâtes pour que le processus soit réversible !
La notion d'irréversibilité caractérisant l'évolution naturelle des systèmes complexes définit le sens de leur évolution (la« flèche» du temps). Cependant, il faut
se garder d'appliquer aux systèmes élémentaires, les conclusions de la thermody-
Physique des systèmes complexes
l'équilibre est donc en fait un« maximum». Ainsi, lorsque deux systèmes en interaction tendent spontanément vers l'état d'équilibre, ce dernier est caractérisé par
le fait que leur entropie totale est maximum.
Il est évident que la conclusion obtenue dans le cas de deux systèmes en interaction s'étend à un nombre quelconque de systèmes et par-là même à tout système
en déséquilibre interne, que l'on peut toujours décomposer par la pensée en un
ensemble de petits systèmes en interaction. En effet, si un système n'est pas homogène du point de vue de ses grandeurs intensives, il tendra spontanément vers
l'équilibre thermodynamique en échangeant entre ses différentes parties des grandeurs extensives. En d'autres termes il apparaîtra des courants de grandeurs extensives à l'intérieur du système (courant de chaleur, de particules, de charges électriques, etc.) et, de ce fait, son équilibre final sera nécessairement caractérisé par
un état d'entropie maximum.
N'ayant jamais observé de cas où les courants de grandeurs extensives n'allaient
pas dans un sens qui égalise, à l'équilibre thermodynamique, les grandeurs intensives, nous conjecturons qu'il en sera toujours ainsi et nous énonçons de ce fait le
second principe de la thermodynamique
Tout système thermodynamique est caractérisé par une grandeur extensive S appelée entropie. Pour un système isolé, cette quantité n'est pas conservative et ne
peut que croître au cours de toute transformation (naturelle bien évidemment).
(7)
Les transformations spontanées (naturelles) ramènent un système initialement
placé dans un état de déséquilibre vers l'état d'équilibre. Il n'existe pas de transformation naturelle inverse.
On n'a jamais vu de tasse de café, initialement plus chaude que la température
ambiante, continuer à s'échauffer spontanément, en refroidissant la pièce dans
laquelle elle se trouve.
Pour cette raison, les transformations naturelles au cours desquelles il y a production d'entropie sont dites transformations« irréversibles».
Cependant, l'expression (7) prévoit en toute rigueur la possibilité de transformations sans création d'entropie. Au cours de telles transformations, le système
adopte nécessairement une suite d'états d'équilibre. De telles transformations
peuvent être parcourues dans les deux sens et sont, pour cela, dites « réversibles ».
Les transformations réversibles sont nécessairement quasi-statiques puisqu'elles
nécessitent qu'à tout moment, les grandeurs intensives caractérisant le système
soient parfaitement homogènes et définies. Cependant, une transformation quasistatique n'est pas nécessairement réversible, puisqu'on peut toujours imaginer un
retour infiniment lent vers un état d'équilibre.
Il ne suffit pas de mélanger infiniment lentement la sauce tomate dans un plat de
pâtes pour que le processus soit réversible !
La notion d'irréversibilité caractérisant l'évolution naturelle des systèmes complexes définit le sens de leur évolution (la« flèche» du temps). Cependant, il faut
se garder d'appliquer aux systèmes élémentaires, les conclusions de la thermody-