IRRÉVERSIBILITÉ

L'irréversibilité est une caractéristique très générale des phénomènes d'évolution observés à notre échelle. Pour des conditions initiales données, un système évolue de manière irréversible lorsqu'il tend vers un état final unique, toujours le même, quel que soit son état initial. Il existe donc, dans ce cas, une direction d'évolution privilégiée qui ne peut être inversée sans l'action d'un agent extérieur au système.

Un exemple caractéristique est fourni par le phénomène de conduction thermique : si l'on met un corps à température élevée en contact avec un corps plus froid, la chaleur passera spontanément du corps chaud vers le corps froid. Ce processus se poursuit jusqu'à l'état final correspondant à l'égalité des températures. Le passage spontané de la chaleur du corps froid vers le corps chaud est impossible.

Le vieillissement biologique nous fournit une autre illustration bien tangible d'irréversibilité, liée ici aux réactions chimiques du métabolisme.

D'une manière générale, c'est l'existence de phénomènes irréversibles qui permet de fixer le sens d'écoulement objectif du temps.

L'irréversibilité en thermodynamique, conséquence du deuxième principe

Le deuxième principe de la thermodynamique codifie l'irréversibilité. Il se formule comme un bilan de la variation d'une fonction d'état du système, appelée l'entropie, communément désignée par la lettre S. La variation dS de l'entropie au cours d'une transformation du système peut toujours se décomposer en deux parties : la variation d_eS due à l'échange d'énergie et de matière entre le système et le monde extérieur, et la variation d_iS due à la création ou à la disparition d'entropie au sein du système :

Le deuxième principe de la thermodynamique se formule par l'inégalité :

Le signe d'égalité correspond à des transformations réversibles. Dès lors, dans tous les cas, les transformations irréversibles apportent une contribution positive à l'accroissement d'entropie. Donc l'entropie ne peut que croître dans un système par suite des transformations irréversibles qui s'y produisent. Dans un système isolé (d_eS = 0), la croissance de l'entropie ne s'arrête que lorsque le système atteint l'équilibre thermique. L'entropie est donc un véritable « indicateur d'irréversibilité ».

Tout en reconnaissant l'importance de l'irréversibilité, les thermodynamiciens classiques étaient plutôt gênés par son universalité. La raison en est la forme particulière du deuxième principe, qui se formule par une inégalité plutôt que par une équation. Les lois qui en résultent fixent des bornes (supérieures ou inférieures), mais ne permettent pas l'évaluation des valeurs exactes des grandeurs liées à l'entropie. Des énoncés thermodynamiques classiques sont du type : « Si la transformation de A à B était réversible, alors... », ou : « Si la transformation était infiniment lente, alors... » Autrement dit, dans l'ignorance de l'augmentation d'entropie, on devait délibérément se placer dans des conditions idéales, mais non réalisées en pratique, où d_iS = 0.