Pas de thermodynamique à l’échelle nanométrique

- Pas de thermodynamique à l'échelle nanométrique

Il n'y a rien de plus logique que les lois de la thermodynamique ne soient pas applicables à l'échelle atomique dès lors que ce sont des lois statistiques. L'augmentation de l'entropie n'est rien d'autre que la probabilité qu'un ensemble tende vers son état de plus grande probabilité si rien ne l'en empêche, ce qui n'a aucun sens au niveau d'un atome isolé. A ce niveau, on a affaire à l'autre sorte d'entropie liée à la transformation de l'énergie (par frottement, réaction chimique, décohérence, etc.) et qui n'est pas du même ordre que l'entropie statistique. Ce que cette étude montre, c'est que ce type d'entropie est beaucoup plus irréversible que l'entropie statistique, ce qu'ils attribuent à des effets quantiques.

La distinction entre ces deux types d'entropie n'a pas été assez soulignée jusqu'ici, il est bon que cela devienne un problème de physique à l'échelle nanométrique. Les auteurs qui ont essayé de récupérer l'énergie mise dans un moteur nanométrique n'ont pu que constater des pertes bien plus importantes qu'au niveau macroscopique, une plus grande irréversibilité (ce que désigne le mot entropie). Ils en concluent que des moteurs nanométriques seraient forcément très dispendieux en énergie ce qui ne tient pas compte d'autres phénomènes dont on pourrait tirer parti à cette échelle mais disqualifie sans doute les moteurs thermiques à cette échelle.

Les chercheurs ont découvert un ensemble de lois qui déterminent ce qui arrive à ces systèmes microscopiques lorsqu'on les chauffe ou les refroidit. Une conséquence importante de leurs lois, c'est qu'il y a une irréversibilité bien plus fondamentale dans les petits systèmes, ce qui signifie que des moteurs thermiques microscopiques ne peuvent pas être aussi efficaces que leurs homologues plus grands.

Avec les grands systèmes, si vous mettez de l'énergie dedans, vous pouvez récupérer toute cette énergie pour alimenter un moteur qui peut effectuer un travail (comme soulever un poids lourd). Mais les chercheurs ont constaté que ce n'était pas le cas pour les systèmes microscopiques. Si vous mettez en œuvre un système quantique vous ne pouvez généralement pas tout récupérer.

La "Thermodynamique à l'échelle microscopique est fondamentalement irréversible. Ceci est radicalement différent de grands systèmes où tous les processus thermodynamiques peuvent être largement réversibles si on change ces systèmes assez lentement".

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