Bref parcours de la partie 1 : après une mise en train d’introduction, nous avons établi une relation entre  trois concepts qui nous semblent liés en une triade qu’il est difficile d’éluder : Force – espace – énergie ; nous avons jonglé un peu avec l’équation aux dimensions 1J = 1N.m. Cela nous a portés ensuite à commencer à évoquer le fond du problème : Énergie libre vs conservation d’énergie… et là nous nous sommes brièvement interrogés sur l’énergie nécessaire à une plante pour générer sa forme en tant que forme (et pas d’assemblage/empilage de molécules)…

III-1) Énergie : un concept

On a soulevé en dernier point un aspect du monde vivant, mais restons encore dans le monde physique avec l’aventure de nos ampoules d’éclairage. Le watt tombe en désuétude car il n’est plus significatif de ce qu’il était avec les ampoules à filament. A l’époque des LEDs on a besoin de finalement très peu d’énergie calorique (ce qu’illustraient les watts-heure) pour obtenir pas mal d’énergie lumineuse. On quantifie la première en joules mais pour être plus parlant en terme de faculté d’éclairement on parle en lumens pour la seconde.

Le résultat perceptible (lumens) est toujours plus important que la chose cachée (énergie) qui le manifeste

Le lumen est une sorte d’énergie d’émission (si je peux créer ce terme.) L’énergie reçue (mesurée en lux) par un capteur par exemple sera de son côté fonction de la distance (au carré) entre source émettrice et capteur réceptif mais parler de lux… n’est pas pratique puisqu’il faudrait connaître la distance entre le récepteur et la source. On est donc bien avec le lumen dans une aptitude potentielle* d’éclairement mais on ne prend pourtant pas le lumen comme une quantification de l’énergie. [* Aptitude potentielle : cela pourrait bien définir une énergie]

On préfère attribuer l’énergie lumineuse à une longueur d’onde… Avec la pirouette Planck on quantifie l’énergie lumineuse en joules : E = h . λ où h est la constante de Planck et λ la longueur d’onde considérée en mètre…

L’énergie lumineuse ne dépend donc ici pas de la  »puissance » de la source mais d’une donnée attribuée au photon, quantum de lumière ou plutôt d’onde électromagnétique puisque couvrant la fourchette entre les rayons γ (gamma) et les ondes radio (c’est un peu comme si on quantifiait la chaleur d’un atome de carbone… ce qui est ce qu’on fait avec la capacité thermique de chaque élément mesurée en J/K (joules par kelvin)).

Les lumens étant donc en arrière-plan c’est par la quantité de photon émise qu’on est aveuglé avec une lumière trop forte qui consommera non pas de la force (celle-ci concerne la portée de l’émission) mais de … l’énergie pure ! On parle ainsi de quantum d’énergie mais le réel qui s’offre à nous se trouve dans des proportions nettement plus importante.

Selon le premier principe de la thermodynamique, l’énergie déployée par une source atteint toujours quelque chose qu’elle transforme, ou bien elle se perd dans l’infini cosmique jusqu’à ce que… elle trouve de quoi se mettre sous la dent, quelque chose à transformer, quitte à tourner en rond pour y arriver :

« Au cours d’une transformation quelconque d’un système fermé, la variation de son énergie est égale à la quantité d’énergie échangée avec le milieu extérieur, par transfert thermique (chaleur) et transfert mécanique (travail). »

L’idée d’énergie actuelle, matérialiste, repose en fait sur quelque chose de très fragile voire d’indéfinie… comme l’a souligné Feynman : « Il est important de réaliser que dans la physique d’aujourd’hui nous n’avons aucune connaissance de ce que l’énergie est. » [page 86 de Leçons sur la physique (Odile Jacob, févr. 2000) après une métaphore sur la conservation de l’énergie].

Qui dit système dit limite du système dit forcément intérieur au système et par extension, extérieur au système. Mais alors que devient le premier principe quand on prend le système cosmique dans son ensemble ?… Eh bien, c’est l’entropie qui saisit tout le système physique sous emprise énergétique, on ne parle plus d’extérieur sauf en tant que potentialité d’expansion de l’intérieur, d’un élargissement des limites.

Nos poumons se gonflent, ils jouent avec leur limite… mais ils le font parce qu’il existe quelque chose à l’extérieur qui doit entrer pour que l’intérieur puisse  »vivre », et ils profitent du geste pour mettre dehors ce qui (gaz) a du mal à y revenir par d’autres voies usuellement consacrées aux liquides et aux (pseudo) solides.

Sans vouloir parodier Feynman, je dirais qu’il est important de réaliser que dans la physique d’aujourd’hui nous avons étendu empiriquement la limite du système à l’espace cosmique physique ; et j’ajouterai à propos du premier principe de la thermodynamique évoqué que justement c’est un principe… : il n’est vérifiable que par l’expérience, sans espoir de démonstration.

Si on a limité l’expérience, le principe est caduc ! Or les physiciens de l’époque de Carnot, s’ils sont fait un excellent travail, ont bien limité leurs expériences à la sphère physique, la seule qu’ils aient en fait pratiquée. Et l’expérience ici nous dit qu’effectivement ce qui se disperse d’un côté se retrouve forcément quelque part.

L’énergie libre en tant que source énergétique à disposition sans préjudice ne semble donc pas possible. Mais…

III-2) Énergie libre

Mais on peut se dire : le soleil dispense de l’énergie tout autour de lui. Qu’importe que quelque chose en profite. Admettons qu’il soit l’extérieur considéré dans le premier principe et que les planètes qui font leur ronde autour de lui soit l’intérieur du système. Là où il n’y a pas de planètes (naines (Pluton), géantes (Jupiter, etc.), normale (Terre, etc.) ou insignifiantes comme les astéroïdes) l’énergie solaire est malgré tout dispersée et donc à disposition. C’est une énergie libre qu’on pourrait utiliser sans porter de préjudice au Soleil ni à aucune autre entité matérielle planétaire et leurs habitants…

Le préjudice aurait quand même lieu pour la matière noire qui absorbe indubitablement cet excédent disponible en participant donc à l’entropie du système global, je n’ai rien à redire là-dessus. On se situe dans l’espace physique et donc tout même le rien physique est à considérer. Mais que l’énergie inutilisée soit puisée par cette matière noire qui nous explique malgré elle que le premier principe est juste ou par tout autre entité du système ne change rien à l’entropie globale. L’énergie libre dont on parle pour activer nos systèmes physiques est donc une énergie disponible.

En fait c’est exactement ce que veut faire la science technologique en plaçant une parabole géante au-delà de la Terre pour renvoyer vers celle-ci l’énergie solaire dispersée mais non utilisée (bon, ça ferait un peu d’ombre de temps en temps aux martiens qui évoqueraient la possibilité d’une nouvelle lune pour la Terre).

Donc pas d’énergie libre mais de l’énergie disponible. Si avec la parabole sur Terre vous voulez utiliser l’énergie, vous ferez une ombre qui privera le sol de la même quantité d’énergie que celle que vous utiliserez ; la parabole dans cette histoire se contente de concentrer l’énergie pour la rationaliser. Dans l’espace l’ombre ne grèvera pas la Terre de sa part d’énergie solaire et au contraire la planète en recevra davantage : c’est de l’énergie gratuite (hors construction, mise en orbite, entretien, etc.), et libre.

Capter pour la concentrer l’énergie lumineuse des étoiles du ciel nocturne offrirait une énergie. L’énergie libre première est une énergie qui ne ferait pas défaut à la Terre. Une énergie libre seconde serait une énergie native d’une source autre que physique

• soit une énergie de magicien, ce qu’on met en général derrière l’idée énergie libre, mais qui ne serait qu’une astuce technologique concentrant ici une énergie quelconque diluée dans l’environnement.
• soit une énergie provenant d’un autre plan que le plan physique et qui donc aura peut de chance d’être efficace sur des systèmes physiques… mais si ce genre d’énergie était disponible en quantité infinie alors même un mauvais rendement serait tout bénéfice.

I) Mise en train

L’énergie libre… voilà le sujet qui fait vibrer nerveusement les financiers, qui fait rêver de paradis les fanatiques éclairés, qui fait sourire en coin les scientifiques rabat-joie ; les autres ne se posent pas de questions…

Les premiers ne veulent pas que soit mis en péril leur mine d’or. Les seconds pensent à tout ce qu’ils voudraient faire sans limite à cause de l’énergie et de son coût qui, pour l’heure, rapporte uniquement aux premiers, les troisièmes savent que l’entropie régnante ne peut qu’infirmer l’espoir et la quête des seconds en comptant en même temps sur quelques subsides des premiers.

Bref ici on tremble, ailleurs on plaide pour, autre part on crie au fantasme.

La consistance argumentaire est chez les troisièmes ; ils brandissent les grands principes de la thermodynamique, car le terme énergie est bien sûr une histoire de thermie si je puis encore m’exprimer avec ce terme tombé en  désuétude car trop lié à l’image calorique de la chaleur ; il est surtout peu pratique et aussi ambiguë que la calorie puisque celle-ci, maintenant rapportée à des joules n’a pas de constante normalisable même si le système des mesures actuel la centre sur une équivalence à 4,1868 joules :

1 thermie = 1000 kilocalories ≡ 4,1868 . 10⁶ joules

(Et on peut aussi transformer nos watts-heures en joules : 1 watt-heure= 3 600 joules.)

Le joule est pour sa part défini très précisément comme étant le travail d’une force motrice d’un newton dont le point d’application se déplace d’un mètre dans la direction de la force.

1 J = 1 N.m

ou encore le Newton étant lui-même un raccourci, si j’ose dire, 1 J = 1 kg.(m/s²).m en unité du système internationale.

Le joule (1J) serait ainsi l’énergie mise en œuvre à développer une unité force (1 N) sur un mètre (1m).

Ou encore le joule serait l’énergie à mettre en œuvre pour accélérer une unité de masse (1 kg) de une unité d’accélération (1 m/s²) sur une longueur d’un mètre (1m).

On rapporte donc l’énergie, produite ou à déployer, comme étant un produit de force et d’espace, c’est-à-dire que l’énergie assure ici le lien entre la force et l’espace.

II) Énergie Force Espace

Voici une belle triade : énergie, force, espace. Aucun de ces termes ne peut s’imaginer sans les deux autres dans le contexte énergétique :

• Un espace pur sans énergie pour le solliciter ni force pour le tenir est voué à la dispersion.
• Une énergie pure sans force à activer ni lieu pour s’exprimer est voué à l’ennuie éternel
• Une force sans énergie pour la concrétiser ni espace pour l’appliquer est simplement inutile.

Les duos eux-mêmes ne mènent à rien :

• Espace-énergie (force) : rien pour construire, pour former
• Énergie-force (espace) :  rien à modeler, façonner
• Espace-force (énergie) : absence d’action possible (potentielle comme en œuvre)

Les trois vont donc de paire si on peut oser ce jeu de mots, ils sont inséparables même si le physicien a pu établir une relation d’égalité en terme quantitatif : l’énergie d’un côté et de l’autre l’espace et la force.

On peut passer la partie suivante (vert) si on est pressé...

Il serait intéressant de chercher dans quel esprit on pourrait bâtir les deux autres situations possibles. Cela va paraître un peu abscons au début d’établir de telles relations mais à tenter la chose, on ne risque pas grand chose si cela n’aboutit pas… Par contre si cela aboutit on peut en sortir grandi !

• 1 J = 1 N.m : la relation officielle, monde des grandeurs mesurables, mathématiques. L’égalité s’appuie sur un produit que les chiffres valideront sans faute. On utilisera cette relation d’égalité (équation) au besoin pour quantifier soit la force soit l’espace en fonction des deux autres s’ils sont connus, donnés ou possibles.

Pour les deux autres relations (N=J/m et m = J/N)nous sommes en présence de rapports à peine curieux si on essaie de mettre un signe égal (=) entre les termes ; cela rapporte l’équation ci-dessus à un jeu algébrique, rien de plus.

Par contre on peut utiliser le signe  »identique » (≡) pour indiquer une direction quant à l’esprit qui peut nous motiver à trouver une réponse (à quoi ? à la qualité qui s’exprime).  Il va nous falloir perdre ce qui donnait sens à l’égalité (les nombres) pour ne garder que les qualités, ce qui pouvait être quantifié (la grandeur) ; reprenons-les dans l’ordre inverse, les rapports puis le produit :

1. N ≡ J/m : la force née quand énergie et espace entre en rapport
2. m ≡ J/N : l’espace né quand énergie et force entre en rapport
3.  J ≡  N.m : l’énergie née comme un produit, une production de force et d’espace

Observons donc plus profondément ces trois propositions dans leur aspect qualitatif.

N ≡ J/m et m ≡ J/N sont des rapports. En ce sens ils installent une relation de proportionnalité entre eux. L’état fondamental force ou l’état fondamental espace sont ici ramenés (rapportés) à une relation comme en musique où la demi-corde donne l’octave de la note fondamentale obtenue avec la corde à vide.

Les trois grandeurs en lice sont fondamentales, l’une ne porte pas davantage la réalité que les autres mais quand on voit un rapport il faut se dire qu’on se place en situation de différencier, séparer, désunir des grandeurs entre elles qui appartiennent à une même agrégation, ici la triade force espace énergie.

Pour l’exemple de la musique, on agrège une chose (la corde), un fait (la limiter) et un acteur (le musicien). Pour faire une note particulière (émission sonore liée au monde physique et à la nature physique des éléments mis en commun), le musicien fixe une longueur déterminée de corde qu’il va solliciter (par pincement ou frottement) : il établit ainsi un rapport entre la corde à vide et la part qu’il souhaite en utiliser.

Il en va de même avec nos J, N et m. La force sera le résultat d’une action énergique dans un espace donné, et l’espace (distance parcourue) sera la conséquence de l’action (force) énergique entreprise.

Une grande énergie mise en œuvre dans le cadre d’une force faiblement actrice manquera d’efficacité en terme de mouvement : si vous chauffez (énergie) un objet, son poids (force : masse soumise à la gravitation diminuée de la poussée d’Archimède liée au milieu qui baigne l’objet) ne sera guère concerné, l’espace lié à l’objet n’aura guère d’influence sur le poids (dilatation et donc légère augmentation de la poussée d’Archimède). Par contre il peut résulter de cette même dilatation une force extraordinaire par l’intermédiaire d’une pression par exemple (serrage libre d’une pièce froide dans une pièce à température ambiante ou chaude par exemple qui devient dur quand les températures s’harmonisent).

La proposition 3., celle qui en fait nous intéresse au plus haut point, est amusante… : l’énergie est identique à un produit de force et d’espace. Amusante oui mais pourtant c’est bien cela qui se produit quand on observe par exemple le résultat de l’énergie cinétique avec choc c’est-à-dire limitation brutale de l’espace d’expression. Il se dégage une force d’impact.

Tant que l’espace n’est pas limité, on est en inertie comme en aurait convenu Newton, et l’énergie cinétique n’a alors de réalité que … potentiellement ; elle prendra par contre pleinement sa réalité lors du choc, c’est-à-dire, quand son vecteur devra changer de milieu, d’espace (au CERN, on communique de l’énergie aux particules avant de la transposer, par le choc sur d’autres particules, en pouvoir de destruction).

L’énergie n’est pas à la base mais elle existe comme les deux autres à la congruence des trois : énergie, force, espace.

III) L’énergie libre ou la conservation de l’énergie ?

Fort de ce préambule se pose alors la question des limitations

• de l’énergie atteignant avec le système qui la porte une entropie maximum,
• de l’espace rempli de corps totalement éparpillés,
• de la force qui ne peut plus s’appliquer nulle-part.

Si l’on considère l’espace cosmique limité par le fond cosmologique alors effectivement l’énergie libre semble ne pas entrer dans le cadre. Il faut prendre ici ce qui en fera défaut tôt ou tard pour l’utiliser ailleurs. C’est le monde de l’entropie : le chaos s’installe, les choses n’ont plus de lien, tout se disloque, plus rien ne coopère pour construire, l’espace par en lambeau (où ?), les forces n’ont plus de raison d’être (que sont-elles devenues ?) et l’énergie a atteint son point le plus bas par la dispersion (elle existe globalement mais sans concentration aucune).

En entropie maximum, il n’y a plus de centre de force [1]. 

L’énergie libre n’a donc pas sa place dans un tel système de considération, il faut chercher ailleurs… si on veut la trouver pour en parler !

Que fait-on quand on pense énergie ? On pense joules… c’est-à-dire on l’aura deviné qu’on pense en même temps espace et force physiques. Mais question simple s’il peut en être :

Quelle énergie est-elle nécessaire à la formation d’une feuille de nénuphar ou d’une aiguille de pin (ou tout autre organe ou organisme vivant, évidemment) ?

La réponse est rapide : aucune ! Aucune du monde physique (car on peut dire qu’on a fait le tour depuis trois siècles, non ?)…

Aboutir à la forme ronde du nénuphar ou à la forme rectiligne de l’aiguille de pin ne demande aucune énergie physique. Même si, comme on le pense usuellement, la forme serait contenue dans les gènes, ces derniers jouant ensuite sur les molécules ; la matière va se confronter à des échanges d’énergie pour pouvoir assembler/empiler des molécules ad hoc, mais la forme elle-même, en tant que telle,  ne prendra pas sa part de ce genre d’énergie (les formes moléculaires ne la justifiant tout simplement pas…).

Par contre il se passe bien quelque chose, chacun peut le constater sans aucun appareil technologique…

à suivre

NOTE

1 Les forces considérées par les physiques galiléenne, newtonienne et même quantique aujourd’hui s’appuient toujours sur une notion de forces centrales (même la force centripète…). Ces théories n’interrogent absolument pas une notion de forces périphériques qui seraient des forces ‘confinante’ et sans origine vectorielle, venant de nulle-part précisément et s’exerçant partout sans distinction, forces agissant depuis l’ensemble de la périphérie vers l’intérieur du système considéré.

Une physique du vivant comme celle que développe l’association scIence permet de s’ouvrir à de telles forces influentes jusque sur les systèmes physiques.

Après tout, une force est une force, non ?… Pour concevoir mieux comment se situent les théories qui ne sont finalement que des points de vue, des attitudes mentales et limitatives de considérations sur un sujet donné du monde physique (la nature !), on pourra lira  : De la mécanique galiléenne à la relativité restreinte un T.I.P.E. de Julien Baglio, 2005, École Normale Supérieure). ce texte assez simple, dans un cadre expérimental, permet de comprendre que tel fait qui est un mystère pour telle théorie s’éclaire à travers une autre qui simplement tente de voir plus large.

On pourra ensuite s’interroger plus avant sur le fait de considérer les théories comme des sortes de visions absolues si aucune, ouverte à des forces périphériques, n’englobe celles qui éclairent presque parfaitement les notions physicochimiques du monde physique (Einstein les avait prédites… les ondes gravitationnelles qui pourraient motiver des forces, encore centrales…).

Pour comprendre l’intérêt des forces périphériques il faut s’ouvrir à l’existence d’un milieu vivant congru au milieu physique qui forme la nature…

[retour texte]