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Roger BALIAN
chimiques des divers constituants. Le vocabulaire reste encore aujourd’hui source
de confusion ici, puisqu’un potentiel chimique ressemble à une température, et non
à un potentiel thermodynamique ou à une énergie potentielle.
En ce qui concerne la dynamique des fluides, NEWTON avait déjà introduit une loi
définissant la viscosité. Les équations complètes furent écrites en 1825 par Henri
NAVIER, ingénieur des Ponts et Chaussées (Dijon 1785 - Paris 1836), s’appuyant
sur des rudiments de théorie cinétique. Cependant, l’atomisme étant au cours
des années suivantes rejeté par la plupart des savants au fur et à mesure que se
développait la physique du continu, il fallut attendre 1845 pour que la communauté
fut convaincue par les arguments de sir George Gabriel STOKES (Skreen 1819 -
Cambridge 1903) du bien-fondé des équations dites aujourd’hui de NAVIER-STOKES.
Tous ces phénomènes d’apparences diverses n’ont pu être englobés dans un
cadre cohérent qu’à la suite des travaux effectués en 1931 par DE DONDER, chimiste belge, et par Lars ONSAGER (Olso 1903 - Miami 1976), physicien théoricien.
Ainsi est née la thermodynamique des processus irréversibles, théorie systématique et unifiée régissant le déroulement dans le temps de ces processus. Malgré
son importance, cette discipline n’est encore guère enseignée que de façon fragmentaire (voir cependant [4]). Nous en rappellerons ci-dessous les principes fondamentaux, qui ne doivent pas être confondus avec ceux de la thermodynamique
usuelle. Celle-ci ne traite en effet que de l’état initial d’un processus et de son état
final, tous deux en quasi-équilibre, et non de la manière dont le système passe
de l’un à l’autre.
L’APPORT DE LA PHYSIQUE STATISTIQUE
Aussi bien la thermodynamique traditionnelle que celle des processus irréversibles
souffrent d’un défaut. Des concepts fondamentaux, chaleur, température, énergie, entropie, y présentent un caractère abstrait difficile à appréhender, même si la
théorie permet leur manipulation mathématique en conduisant à des prévisions en
accord avec l’expérience. Ce fut un apport majeur d’une nouvelle science, la physique statistique, que de clarifier la signification de ces concepts en leur donnant à
l’échelle microscopique une interprétation mécaniste et probabiliste.
En ce qui concerne les gaz, ce progrès fut effectué grâce à la théorie cinétique,
principalement élaborée par James Clerk MAXWELL (Edimbourg 1831 - Cambridge
1879) et par Ludwig BOLTZMANN (Vienne 1844 - Trieste 1906). La description d’un
gaz en tant qu’assemblée de très nombreuses molécules, n’interagissant que lors
de collisions très brèves, permet d’interpréter dans un état macroscopique d’équilibre ou voisin de l’équilibre la densité comme un nombre moyen de molécules par
unité de volume, la pression comme une force moyenne exercée sur une paroi
sous l’effet des collisions de molécules sur cette paroi, l’entropie comme une
mesure du désordre régnant à l’échelle microscopique. L’énergie interne s’identifie à l’énergie cinétique totale des molécules, le travail fourni par un piston à une
Roger BALIAN
chimiques des divers constituants. Le vocabulaire reste encore aujourd’hui source
de confusion ici, puisqu’un potentiel chimique ressemble à une température, et non
à un potentiel thermodynamique ou à une énergie potentielle.
En ce qui concerne la dynamique des fluides, NEWTON avait déjà introduit une loi
définissant la viscosité. Les équations complètes furent écrites en 1825 par Henri
NAVIER, ingénieur des Ponts et Chaussées (Dijon 1785 - Paris 1836), s’appuyant
sur des rudiments de théorie cinétique. Cependant, l’atomisme étant au cours
des années suivantes rejeté par la plupart des savants au fur et à mesure que se
développait la physique du continu, il fallut attendre 1845 pour que la communauté
fut convaincue par les arguments de sir George Gabriel STOKES (Skreen 1819 -
Cambridge 1903) du bien-fondé des équations dites aujourd’hui de NAVIER-STOKES.
Tous ces phénomènes d’apparences diverses n’ont pu être englobés dans un
cadre cohérent qu’à la suite des travaux effectués en 1931 par DE DONDER, chimiste belge, et par Lars ONSAGER (Olso 1903 - Miami 1976), physicien théoricien.
Ainsi est née la thermodynamique des processus irréversibles, théorie systématique et unifiée régissant le déroulement dans le temps de ces processus. Malgré
son importance, cette discipline n’est encore guère enseignée que de façon fragmentaire (voir cependant [4]). Nous en rappellerons ci-dessous les principes fondamentaux, qui ne doivent pas être confondus avec ceux de la thermodynamique
usuelle. Celle-ci ne traite en effet que de l’état initial d’un processus et de son état
final, tous deux en quasi-équilibre, et non de la manière dont le système passe
de l’un à l’autre.
L’APPORT DE LA PHYSIQUE STATISTIQUE
Aussi bien la thermodynamique traditionnelle que celle des processus irréversibles
souffrent d’un défaut. Des concepts fondamentaux, chaleur, température, énergie, entropie, y présentent un caractère abstrait difficile à appréhender, même si la
théorie permet leur manipulation mathématique en conduisant à des prévisions en
accord avec l’expérience. Ce fut un apport majeur d’une nouvelle science, la physique statistique, que de clarifier la signification de ces concepts en leur donnant à
l’échelle microscopique une interprétation mécaniste et probabiliste.
En ce qui concerne les gaz, ce progrès fut effectué grâce à la théorie cinétique,
principalement élaborée par James Clerk MAXWELL (Edimbourg 1831 - Cambridge
1879) et par Ludwig BOLTZMANN (Vienne 1844 - Trieste 1906). La description d’un
gaz en tant qu’assemblée de très nombreuses molécules, n’interagissant que lors
de collisions très brèves, permet d’interpréter dans un état macroscopique d’équilibre ou voisin de l’équilibre la densité comme un nombre moyen de molécules par
unité de volume, la pression comme une force moyenne exercée sur une paroi
sous l’effet des collisions de molécules sur cette paroi, l’entropie comme une
mesure du désordre régnant à l’échelle microscopique. L’énergie interne s’identifie à l’énergie cinétique totale des molécules, le travail fourni par un piston à une