2 - LES MULTIPLES VISAGES DE L’ÉNERGIE
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générateur d’électricité alimentant la pompe à chaleur. Le bilan global d’énergie
indique que la quantité de chaleur reçue par le local B comprend non seulement la
chaleur fournie par la chaudière C, mais aussi celle extraite de l’air extérieur A. Le
bilan d’entropie de A, B et C,
0
1
1
1
1
<
=
+
+
=
−
⎛
⎝
⎜
⎞
⎠
⎟ −
−
⎛
⎝
⎜
⎞
⎠
⎟
δ
δ
δ
δ
δ
δ
S
U
T
U
T
U
T
U
T
T
U
T
T
A
A
B
B
C
C
C
A
C
B
A
B
montre que l’on peut espérer pour borne supérieure du rendement global une
valeur très supérieure à 1 ; on peut gagner par exemple jusqu’à un facteur 10
lorsque T A = 0°C, T B = 20°C, T C = 600°C grâce à cette utilisation indirecte de la
chaudière.
Inversement, la production d’une énergie mécanique ou électrique δW par un
moteur thermique ou une turbine nécessite évidemment une source A d’énergie,
la source chaude dont l’énergie U A doit diminuer. Mais cette diminution implique
aussi une diminution (δS A < 0) de l’entropie S A , diminution qui doit être compensée par la croissance de l’entropie S B d’un autre sous-système B. Ce dernier n’est
autre que la source froide du moteur, qui est en réalité une source de neguentropie nécessaire à la satisfaction du double bilan ; la chaleur que cette source
reçoit doit faire croître S B d’une quantité δS B supérieure à |δS A |, ce qui implique
0
1
1
<
−
=
−
⎛
⎝
⎜
⎞
⎠
⎟ −
δ
δ
δ
δ
U
T
U
T
U
T
T
W
T
B
B
A
A
A
B
A
B
inéquation qui détermine le rendement maximal δW / |δU A | du moteur, comme
l’avait déjà vu CARNOT.
Dans bien des cas, l’énergie n’est pas la seule quantité conservative en jeu, et les
sous-systèmes peuvent échanger d’autres grandeurs, par exemple des particules
de tel ou tel type, notamment en chimie. Ils peuvent aussi échanger du volume,
lorsque l’un des sous-systèmes se dilate aux dépens d’un autre. En pareils cas, les
bilans doivent tenir compte de toutes ces grandeurs conservées. Par exemple, le
dessalement de l’eau de mer nécessite une décroissance de son entropie, puisque la dissolution du sel dans de l’eau est un phénomène irréversible où la dissipation est égale à l’entropie de mélange. Cette opération n’est rendue possible que
grâce à un apport d’énergie, calorifique, mécanique ou électrique selon le procédé
utilisé, apport permettant de faire croître l’entropie des sources extérieures d’une
quantité supérieure à la baisse de l’entropie de mélange. De même, la croissance
d’ordre associée au développement d’un être vivant nécessite une croissance d’entropie de son environnement, accompagnant des transferts d’énergie et de molécules diverses.
Enfin, l’équivalence entre manque d’information et entropie, mise en évidence par
BRILLOUIN, implique que l’enregistrement dans une mémoire d’une information doit
s’accompagner, ici encore, d’une croissance d’entropie de l’environnement.
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générateur d’électricité alimentant la pompe à chaleur. Le bilan global d’énergie
indique que la quantité de chaleur reçue par le local B comprend non seulement la
chaleur fournie par la chaudière C, mais aussi celle extraite de l’air extérieur A. Le
bilan d’entropie de A, B et C,
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montre que l’on peut espérer pour borne supérieure du rendement global une
valeur très supérieure à 1 ; on peut gagner par exemple jusqu’à un facteur 10
lorsque T A = 0°C, T B = 20°C, T C = 600°C grâce à cette utilisation indirecte de la
chaudière.
Inversement, la production d’une énergie mécanique ou électrique δW par un
moteur thermique ou une turbine nécessite évidemment une source A d’énergie,
la source chaude dont l’énergie U A doit diminuer. Mais cette diminution implique
aussi une diminution (δS A < 0) de l’entropie S A , diminution qui doit être compensée par la croissance de l’entropie S B d’un autre sous-système B. Ce dernier n’est
autre que la source froide du moteur, qui est en réalité une source de neguentropie nécessaire à la satisfaction du double bilan ; la chaleur que cette source
reçoit doit faire croître S B d’une quantité δS B supérieure à |δS A |, ce qui implique
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inéquation qui détermine le rendement maximal δW / |δU A | du moteur, comme
l’avait déjà vu CARNOT.
Dans bien des cas, l’énergie n’est pas la seule quantité conservative en jeu, et les
sous-systèmes peuvent échanger d’autres grandeurs, par exemple des particules
de tel ou tel type, notamment en chimie. Ils peuvent aussi échanger du volume,
lorsque l’un des sous-systèmes se dilate aux dépens d’un autre. En pareils cas, les
bilans doivent tenir compte de toutes ces grandeurs conservées. Par exemple, le
dessalement de l’eau de mer nécessite une décroissance de son entropie, puisque la dissolution du sel dans de l’eau est un phénomène irréversible où la dissipation est égale à l’entropie de mélange. Cette opération n’est rendue possible que
grâce à un apport d’énergie, calorifique, mécanique ou électrique selon le procédé
utilisé, apport permettant de faire croître l’entropie des sources extérieures d’une
quantité supérieure à la baisse de l’entropie de mélange. De même, la croissance
d’ordre associée au développement d’un être vivant nécessite une croissance d’entropie de son environnement, accompagnant des transferts d’énergie et de molécules diverses.
Enfin, l’équivalence entre manque d’information et entropie, mise en évidence par
BRILLOUIN, implique que l’enregistrement dans une mémoire d’une information doit
s’accompagner, ici encore, d’une croissance d’entropie de l’environnement.