Alan Kerneuzet - 29/01/2007

Qu'est-ce que la flèche du temps ? Pourquoi se souvient-on du passé... jamais du futur ? Quel rôle la gravitation joue-t-elle dans cette asymétrie entre passé et futur ? Que peuvent-nous apprendre les trous noirs sur l'évolution de l'Univers à très long terme ? Peut-on imaginer renverser un jour la flèche du temps ?

Les Petites Pommes du Savoir
Des réponses brèves, claires et sérieuses aux questions que vous vous posez sur le monde.

Gabriel Chardin est physicien au DAPNIA, le département de recherche en Astrophysique. Physique des particules et Physique nucléaire du CEA, à Saclay. Il est spécialiste de l'antimatière et de la matière cachée.

Le second principe delà thermodynamique

Graduellement, l'idée va se construire que l'Univers brûle et que c'est cette combustion, et les inhomogénéités de température qu'elle engendre, qui gouvernent la flèche du temps. Mais avant cela, au début de l'ère industrielle, vers 1810, un jeune ingénieur français, Nicolas Sadi Carnot, brillamment sorti de l'École polytechnique, cherche plus modestement à comprendre comment utiliser au mieux ce qu'on appelle la «puissance motrice du feu». Très concrètement, si l'on dispose d'un milieu, chaud comme une chaudière de locomotive, et d'un milieu froid, comme l'atmosphère, quelle est la meilleure façon de récupérer du travail, de la force motrice, de ces deux milieux à température différente ? Carnot prend conscience du fait que laisser le corps chaud (ici la chaudière) céder sa chaleur au milieu froid (l'atmosphère) sans produire aucun travail - on bloque le piston de la locomotive - est l'exemple même de la transformation irréversible. En effet, une fois que deux corps ont égalisé leurs températures, il n'est plus possible d'extraire du travail de ce milieu unique à température uniforme : pas possible d'extraire du travail d'un océan si l'on ne dispose que de ce seul milieu.
Pour éviter ce «court-circuit» thermique entre corps chaud et corps froid, dont il pressent confusément qu'il est à l'origine de l'irréversibilité, Carnot imagine d'amener doucement le corps chaud à la température du corps froid en effectuant une détente (le gaz pousse le piston) au cours de laquelle il produira du travail. En combinant de telles détentes et compressions - permettant de passer d'une température élevée à une autre plus basse et réciproquement - avec des détentes et compressions à température constante, Carnot définit un processus cyclique et producteur de travail qu'il est possible de répéter indéfiniment dans les machines thermiques comme les locomotives.