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