Crise énergétique ? Mais non, crise entropique !

Article de "Science étonnante", avril 2014

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Nous vivons en ce moment une crise énergétique. Chaque jour on entend qu’il faut économiser l’énergie, que nos ressources d’énergie s’épuisent, ou qu’il faut trouver de nouveaux moyens d’en produire.

Et pourtant dans le même temps, en cours de physique, on apprend que l’énergie se conserve : elle ne peut être ni créée, ni détruite. N’y a-t-il pas là une contradiction ? Pourquoi nous parle-t-on d’économiser l’énergie, si l’énergie se conserve ?

Pour comprendre cet apparent paradoxe, il faut faire appel à cette étrange notion qu’est l’entropie. Et nous allons voir que ce que nous appelons communément la crise énergétique est en réalité une crise entropique !

Les différentes formes de l’énergie

En physique, l’énergie peut se présenter sous différentes formes. Il y a par exemple l’énergie cinétique, proportionnelle au carré de la vitesse, ou l’énergie potentielle de pesanteur, qui augmente avec l’altitude.

Souvent en cours de physique, on illustre tout cela en utilisant un skieur : en haut de la pente, ce dernier possède une énergie potentielle de pesanteur élevée, et en bas de la pente, le skieur a acquis de la vitesse et donc de l’énergie cinétique.

Si on dit que l’énergie totale du skieur est conservée, on peut calculer sa vitesse en bas, en écrivant que l’énergie cinétique finale est égale à l’énergie potentielle initiale, comme le montre le diagramme ci-dessous :

Tout cela fonctionne très bien, mais que se passe-t-il quand le skieur freine ? Il se retrouve en bas de la pente, son énergie potentielle est nulle, mais il est à l’arrêt donc son énergie cinétique est tout aussi nulle. Il a perdu toute son énergie ! Est-ce à dire que finalement l’énergie ne serait pas conservée, et qu’elle peut disparaître ?

Eh bien non, l’énergie est toujours là, mais elle est maintenant sous forme thermique. Quand le skieur freine, les frottements avec la neige produisent de la chaleur, et la température des skis et de la neige s’élève très légèrement. Cette production de chaleur au freinage n’est pas très visible avec un skieur qui s’arrête, mais beaucoup plus sur les plaquettes de freins d’une formule 1 !

Cette histoire de freinage et de frottements nous montre qu’au delà de l’énergie cinétique ou potentielle, il existe une autre forme d’énergie à considérer : l’énergie thermique. Pour pouvoir écrire que l’énergie totale d’un système isolé se conserve, il est indispensable de la prendre en compte. Très bien, mais nous allons maintenant voir que cette énergie thermique possède un statut bien à part.

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