chapitre 8 Introduction au métabolisme 161
Les principes de la transformation
d’énergie
L’étude des transformations d’énergie qui se produisent dans
une portion de matière se nomme thermodynamique. Les
scientifiques emploient le terme système pour désigner la portion de matière étudiée, et environnement pour faire référence
à ce qui est extérieur à celleci, soit au reste de l’Univers. Un
système isolé, qu’on peut imaginer comme un liquide dans un
thermos, ne peut pas réaliser d’échanges énergétiques avec
son environnement. Inversement, dans un système ouvert, il
y a des échanges d’énergie (et souvent de matière) entre le système et son environnement. Les organismes sont des systèmes
ouverts à l’intérieur d’un système isolé plus vaste, le système
solaire. Ils absorbent de l’énergie (par exemple, de l’énergie
lumineuse ou de l’énergie chimique sous la forme de molécules
organiques), dégagent de la chaleur et rejettent dans leur environnement des déchets métaboliques tels que le dioxyde de
carbone. La transformation d’énergie dans les organismes et
dans toute portion de matière obéit à deux principes de la
thermodynamique.
Le premier principe
de la thermodynamique
Selon le premier principe de la thermodynamique, la
quantité d’énergie dans l’Univers ou dans tout système isolé
demeure constante. L’énergie peut être transférée et transformée, mais elle ne peut être ni détruite ni créée. Ce principe
porte aussi le nom de principe de la conservation de l’énergie.
Les centrales électriques ne fabriquent pas de l’énergie ; elles
ne font que la transformer en une forme utilisable. De même,
la plante qui change l’énergie lumineuse en énergie chimique
joue le rôle de convertisseur d’énergie, non de producteur.
En courant, l’ours brun (Ursus arctos) de la figure 8.3a
convertit l’énergie chimique des aliments ingérés en énergie
cinétique et en d’autres formes d’énergie. Qu’advientil de cette
énergie une fois qu’elle a mené à bien différents processus biologiques ? Le second principe de la thermodynamique répond
à cette question.
Le deuxième principe
de la thermodynamique
Si l’énergie ne peut pas être détruite, alors pourquoi les organismes ne recyclentils pas simplement leur énergie au fur et à
mesure ? En fait, à chaque transfert ou transformation d’énergie, une certaine quantité d’énergie devient inutilisable, non
disponible pour effectuer du travail. Autrement dit, aucun processus énergétique n’est efficace à 100 %. Dans la plupart des
transformations d’énergie, les formes d’énergie utilisable sont
converties au moins partiellement en chaleur, laquelle est
l’énergie causée par le mouvement aléatoire des atomes ou
des molécules. Seule une petite fraction de l’énergie chimique
m Figure 8.2 Les transformations de l’énergie potentielle
en énergie cinétique, et vice versa.
Un plongeur a plus d’énergie
potentielle sur le tremplin
que dans l’eau.
La remontée sur le tremplin convertit
l’énergie cinétique des mouvements
musculaires en énergie potentielle.
Un plongeur a moins
d’énergie potentielle dans
l’eau que sur le tremplin.
La plongée convertit
l’énergie potentielle
en énergie cinétique.
m Figure 8.3 Les deux principes de la thermodynamique.
(a)
Énergie
chimique
des aliments
Chaleur
+
CO 2
H 2 O
Premier principe de la thermodynamique.
L’énergie ne peut être ni créée ni détruite,
seulement transférée ou transformée. Par exemple,
l’énergie chimique (potentielle) des aliments sera
convertie en énergie cinétique durant la course
de l’ours brun, en (b).
(b) Deuxième principe de la thermodynamique. Chaque transfert ou transformation
d’énergie accroît le désordre (l’entropie) de l’Univers. Ainsi, quand cet ours court,
la libération de chaleur et de petites molécules (sous-produits métaboliques) augmente
le désordre autour de lui. (Un ours brun peut atteindre une vitesse de plus de 56 km/h,
soit celle d’un cheval de course.)
Les principes de la transformation
d’énergie
L’étude des transformations d’énergie qui se produisent dans
une portion de matière se nomme thermodynamique. Les
scientifiques emploient le terme système pour désigner la portion de matière étudiée, et environnement pour faire référence
à ce qui est extérieur à celleci, soit au reste de l’Univers. Un
système isolé, qu’on peut imaginer comme un liquide dans un
thermos, ne peut pas réaliser d’échanges énergétiques avec
son environnement. Inversement, dans un système ouvert, il
y a des échanges d’énergie (et souvent de matière) entre le système et son environnement. Les organismes sont des systèmes
ouverts à l’intérieur d’un système isolé plus vaste, le système
solaire. Ils absorbent de l’énergie (par exemple, de l’énergie
lumineuse ou de l’énergie chimique sous la forme de molécules
organiques), dégagent de la chaleur et rejettent dans leur environnement des déchets métaboliques tels que le dioxyde de
carbone. La transformation d’énergie dans les organismes et
dans toute portion de matière obéit à deux principes de la
thermodynamique.
Le premier principe
de la thermodynamique
Selon le premier principe de la thermodynamique, la
quantité d’énergie dans l’Univers ou dans tout système isolé
demeure constante. L’énergie peut être transférée et transformée, mais elle ne peut être ni détruite ni créée. Ce principe
porte aussi le nom de principe de la conservation de l’énergie.
Les centrales électriques ne fabriquent pas de l’énergie ; elles
ne font que la transformer en une forme utilisable. De même,
la plante qui change l’énergie lumineuse en énergie chimique
joue le rôle de convertisseur d’énergie, non de producteur.
En courant, l’ours brun (Ursus arctos) de la figure 8.3a
convertit l’énergie chimique des aliments ingérés en énergie
cinétique et en d’autres formes d’énergie. Qu’advientil de cette
énergie une fois qu’elle a mené à bien différents processus biologiques ? Le second principe de la thermodynamique répond
à cette question.
Le deuxième principe
de la thermodynamique
Si l’énergie ne peut pas être détruite, alors pourquoi les organismes ne recyclentils pas simplement leur énergie au fur et à
mesure ? En fait, à chaque transfert ou transformation d’énergie, une certaine quantité d’énergie devient inutilisable, non
disponible pour effectuer du travail. Autrement dit, aucun processus énergétique n’est efficace à 100 %. Dans la plupart des
transformations d’énergie, les formes d’énergie utilisable sont
converties au moins partiellement en chaleur, laquelle est
l’énergie causée par le mouvement aléatoire des atomes ou
des molécules. Seule une petite fraction de l’énergie chimique
m Figure 8.2 Les transformations de l’énergie potentielle
en énergie cinétique, et vice versa.
Un plongeur a plus d’énergie
potentielle sur le tremplin
que dans l’eau.
La remontée sur le tremplin convertit
l’énergie cinétique des mouvements
musculaires en énergie potentielle.
Un plongeur a moins
d’énergie potentielle dans
l’eau que sur le tremplin.
La plongée convertit
l’énergie potentielle
en énergie cinétique.
m Figure 8.3 Les deux principes de la thermodynamique.
(a)
Énergie
chimique
des aliments
Chaleur
+
CO 2
H 2 O
Premier principe de la thermodynamique.
L’énergie ne peut être ni créée ni détruite,
seulement transférée ou transformée. Par exemple,
l’énergie chimique (potentielle) des aliments sera
convertie en énergie cinétique durant la course
de l’ours brun, en (b).
(b) Deuxième principe de la thermodynamique. Chaque transfert ou transformation
d’énergie accroît le désordre (l’entropie) de l’Univers. Ainsi, quand cet ours court,
la libération de chaleur et de petites molécules (sous-produits métaboliques) augmente
le désordre autour de lui. (Un ours brun peut atteindre une vitesse de plus de 56 km/h,
soit celle d’un cheval de course.)