Chapitre 8
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compressions, refroidissements et réchauffements que nous effectuons avec
les fluides dans nos machines.
8.5.2 Contexte : le sens du temps
Les exemples que nous avons étudiés dans ce chapitre pour déterminer
le sens des transformations sont très académiques, toutefois la démarche
reste valide pour toute transformation : une pierre jetée dans un étang, une
assiette qui se casse en tombant, etc. Si nous revenons aux trois photos
de la figure 8.1, nous pourrions en retrouver l’ordre en déterminant les
états initial et final de l’eau autour de la plongeuse, et en comparant Δí µí± à
l’intégrale ∫
(
δí µí±
í µí± ) chemin réel
réalisée pendant l’entrée dans l’eau.
C’est ce désir de retrouver l’ordre absolu dans lequel se succèdent les états,
c’est-à-dire le sens du temps, qui a mené le physicien allemand Rudolf
Clausius jusqu’à proposer le concept d’entropie en 1865 dans une publication
magistrale – Über verschiedene für die Anwendung bequeme Formen der
Hauptgleichungen der mechanischen Wärmetheorie [17, 18, 19]. Concluant
une décennie de travail autour de la grandeur
í µí±
í µí± , il y formalise un concept
que ses condisciples français Ferdinand Reech et écossais William Rankine
n’avaient qu’effleuré [36], et y rassemble l’ensemble des connaissances
contemporaines de sa discipline.
« J’ai intentionnellement formé le
mot entropie de sorte qu’il soit aussi
similaire au mot énergie que possible,
parce que les sens physiques des deux
grandeurs nommées par ces mots sont
si étroitement liés qu’il m’a semblé
qu’une certaine similarité dans leurs
désignations était désirable. »
Rudolf Clausius, 1865 [17, 18, 19]
Clausius forge le mot en-tropie à partir du grec ancien tropè τροπή (révolution, changement), ce qui, couplé à son ton autoritaire, ne fait rien pour
gagner l’enthousiasme de ses contemporains. Mais le concept est si puissant,
et l’équation 8/16 si simple, qu’ils sont universellement acceptés.
Ainsi, après un siècle d’efforts, la physique de la chaleur a rattrapé la technologie des moteurs. Nous voilà capables de décrire entièrement et de
façon quantitative le comportement des corps sans devoir nous pencher
sur celui de leurs constituants, tels que les molécules, atomes ou particules
sub-atomiques : l’entropie était la dernière pièce manquante de ce que nous
appelons aujourd’hui la thermodynamique macroscopique.
8.5.3 L’entropie à l’échelle microscopique
Passé Clausius, le développement de la thermodynamique n’intéresse plus
guère les ingénieurs, mais les physiciens ne sont pas rassasiés. Il nous reste
en effet un problème, car si nous avons bien décrit le phénomène d’irréversibilité, nous n’avons toujours pas expliqué son origine à l’intérieur de
corps constitués de particules dont les évolutions (un incessant bourdonnement de collisions, à base de forces d’attraction et de répulsion), elles, sont
parfaitement réversibles.
Il ne faudra que dix ans pour que la réponse soit formalisée : l’autrichien
Ludwig Boltzmann propose en 1875 une définition microscopique de l’entropie :
í µí± ≡ í µí± ln í µí¼
(8/17)
où í µí¼ est le nombre de configurations possibles du système qui correspondent à
son état,
et í µí± est une constante.
https://thermodynamique.fr – CC-by-sa Olivier Cleynen
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compressions, refroidissements et réchauffements que nous effectuons avec
les fluides dans nos machines.
8.5.2 Contexte : le sens du temps
Les exemples que nous avons étudiés dans ce chapitre pour déterminer
le sens des transformations sont très académiques, toutefois la démarche
reste valide pour toute transformation : une pierre jetée dans un étang, une
assiette qui se casse en tombant, etc. Si nous revenons aux trois photos
de la figure 8.1, nous pourrions en retrouver l’ordre en déterminant les
états initial et final de l’eau autour de la plongeuse, et en comparant Δí µí± à
l’intégrale ∫
(
δí µí±
í µí± ) chemin réel
réalisée pendant l’entrée dans l’eau.
C’est ce désir de retrouver l’ordre absolu dans lequel se succèdent les états,
c’est-à-dire le sens du temps, qui a mené le physicien allemand Rudolf
Clausius jusqu’à proposer le concept d’entropie en 1865 dans une publication
magistrale – Über verschiedene für die Anwendung bequeme Formen der
Hauptgleichungen der mechanischen Wärmetheorie [17, 18, 19]. Concluant
une décennie de travail autour de la grandeur
í µí±
í µí± , il y formalise un concept
que ses condisciples français Ferdinand Reech et écossais William Rankine
n’avaient qu’effleuré [36], et y rassemble l’ensemble des connaissances
contemporaines de sa discipline.
« J’ai intentionnellement formé le
mot entropie de sorte qu’il soit aussi
similaire au mot énergie que possible,
parce que les sens physiques des deux
grandeurs nommées par ces mots sont
si étroitement liés qu’il m’a semblé
qu’une certaine similarité dans leurs
désignations était désirable. »
Rudolf Clausius, 1865 [17, 18, 19]
Clausius forge le mot en-tropie à partir du grec ancien tropè τροπή (révolution, changement), ce qui, couplé à son ton autoritaire, ne fait rien pour
gagner l’enthousiasme de ses contemporains. Mais le concept est si puissant,
et l’équation 8/16 si simple, qu’ils sont universellement acceptés.
Ainsi, après un siècle d’efforts, la physique de la chaleur a rattrapé la technologie des moteurs. Nous voilà capables de décrire entièrement et de
façon quantitative le comportement des corps sans devoir nous pencher
sur celui de leurs constituants, tels que les molécules, atomes ou particules
sub-atomiques : l’entropie était la dernière pièce manquante de ce que nous
appelons aujourd’hui la thermodynamique macroscopique.
8.5.3 L’entropie à l’échelle microscopique
Passé Clausius, le développement de la thermodynamique n’intéresse plus
guère les ingénieurs, mais les physiciens ne sont pas rassasiés. Il nous reste
en effet un problème, car si nous avons bien décrit le phénomène d’irréversibilité, nous n’avons toujours pas expliqué son origine à l’intérieur de
corps constitués de particules dont les évolutions (un incessant bourdonnement de collisions, à base de forces d’attraction et de répulsion), elles, sont
parfaitement réversibles.
Il ne faudra que dix ans pour que la réponse soit formalisée : l’autrichien
Ludwig Boltzmann propose en 1875 une définition microscopique de l’entropie :
í µí± ≡ í µí± ln í µí¼
(8/17)
où í µí¼ est le nombre de configurations possibles du système qui correspondent à
son état,
et í µí± est une constante.
https://thermodynamique.fr – CC-by-sa Olivier Cleynen