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Pour un principe matérialiste fort

Compléments du livre
"Pour un principe matérialiste fort"

 

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Thermodynamique du non équilibre
Gilbert Chauvet


Les travaux du Prix Nobel Ilya Prigogine ont permis de jeter un pont entre la physique et la chimie, puis entre la chimie et la biologie dans ce qui est appelé la thermodynamique du non-équilibre.
Prigogine, comme Einstein l'avait fait pour la relativité avec le calcul tensoriel, a utilisé tout un appareillage mathématique pré-existant (l'analyse linéaire de la stabilité) pour donner une interprétation nouvelle de la thermodynamique. Einstein avait utilisé le calcul tensoriel - mais aussi les travaux de Lorentz et de Poincaré. Prigogine, lui, a utilisé la dynamique non linéaire et la théorie mathématique de la dynamique qualitative. Ainsi, il a pu montrer " comment un système thermodynamiquement ouvert pouvait rester en dehors de l'équilibre ". Ce qui se traduit par des expériences simples : prenez un tube à essai dans lequel vous mettez une certaine solution chimique. Vous regardez le tube : rien ne se passe, rien ne bouge. Chauffez ce tube ou éclairez-le, c'est-à-dire apportez-lui de l'énergie : il ne se passe toujours rien. Mais modifiez un peu les concentrations de la solution et vous voyez alors apparaître des bandes sombres transversales qui disparaissent puis réapparaissent. Le cycle peut se reproduire à condition d'apporter à nouveau de l'énergie.

Si les chimistes Belousov et Zhabotinski avaient découvert ce phénomène par hasard, le physicien Prigogine et son équipe ont pu montrer que l'apparition de ces bandes, cette nouvelle structuration (appelée structures dissipatives) ne survient que pour des valeurs très précisément déterminées des concentrations moléculaires et des paramètres de la cinétique.

Expérience de Belousov-Zhabotinski
Expérience de Belousov-Zhabotinski

La thermodynamique du non-équilibre qui s'applique à ces réactions chimiques permet le calcul des concentrations qui font apparaître les bandes claires et sombres et la période d'apparition de ces bandes, c'est-à-dire des structures dissipatives. Comme l'on se trouve dans un milieu ouvert du point de vue thermodynamique, il était tentant d'extrapoler ces résultats au vivant. Cela a été fait, et avec succès, par exemple par Albert Goldbeter à Bruxelles (Goldbeter, 1996). Des réactions biochimiques présentant une périodicité temporelle, comme celle de la glycolyse (transformation du glucose en énergie), pouvaient être prédites par la théorie pour des êtres vivants très simples.

* Extrait du livre de Gilbert Chauvet "Comprendre l'organisation du vivant et son évolution vers la conscience", Collection Automates Intelligents, Vuibert, 2006..



Réaction oscillantes et structures dissipatives

Ordo in Chaos (film) - par Christophe Jacquemin

Film écrit et réalisé par Philippe Druart, Marie Helène Gondret, Christophe Jacquemin et Mona Motto
Avec la participation d'Annie Lemarchand, chargée de recherche au CNRS
Musique : Christophe Jacquemin
Mars 1990 - Université Paris VII
Durée : 6 minutes 53 - Film tourné en super 8
© Christophe Jacquemin

Le film Ordo in Chaos présenté ci-dessous a été réalisé en mars 1990 et conçu pour Annick Lemarchand. Nous avions rencontré cette chargée de recherche du CNRS parce qu'elle voulait disposer d'une solution de secours durant ses TP à l'Ecole normale supérieure d'enseignement technique de Cachan, lors de la présentation à ses étudiants des réactions chimiques oscillantes. En effet, confectionner ces réactions en direct ne marchait pas toujours... Dans ce cas, le film était une solution de rechange. De notre côté, c'était une occasion rare de pouvoir disposer d'un film sur ces réactions, qui furent longtemps considérées comme des artefacts.

 
Croisement d'ondes chimiques dans un système de réaction-diffusion. (variante de la réaction BZ)
© . M. Zhabotinsky (Brandeis University Waltham)

Chance inespérée, tout s'est très bien passé le jour du tournage. En fait, nous avons découvert que la présence de nos lampes d'éclairages, donc d'apport de chaleur, favorisait finalement la réussite de ces expériences.


Cliquez sur le bouton play pour voir le film
(nb : ce film est soumis à copyright - © Christophe Jacquemin)

Pour en savoir plus : 
- Réactions oscillantes - ondes chimiques :
http://www.faidherbe.org/site/cours/dupuis/joupord.htm
- Des réactions oscillantes à la fomation de motifs chimiques : http://www.di.ens.fr/~granboul/enseignement/formes/reactionsoscillantes/belousov.html
- Portrait de phase de la réaction BZ :
http://members.tripod.com/~RedAndr/BZPhase.htm#BZ%20Gallery

 

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