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IRRÉVERSIBILITÉ

Lois linéaires et relations d'Onsager

Pour aller plus loin, il faut connaître les lois qui relient les flux aux forces généralisées : Ji = Ji (X). Si l'on se place suffisamment près de l'équilibre (où Xi = 0 et Ji = 0, ∀i), on peut développer ces expressions en série et se limiter aux premiers termes :

Ce type de loi définit le domaine de la thermodynamique linéaire. Des cas particuliers en étaient connus depuis longtemps. Par exemple, la loi empirique de Fourier affirme que, dans un système siège d'un gradient de température (à l'exclusion de toute autre force), le flux de chaleur est proportionnel au gradient. Le coefficient de proportionnalité (dans cet exemple, la conductivité thermique) est un cas particulier des constantes Lij, appelées coefficients de transport. Ces coefficients sont des grandeurs physiques très importantes, accessibles à la mesure expérimentale. Ils caractérisent la réponse du système envisagé aux stimuli extérieurs. L. Onsager a établi, en 1931, une loi fondamentale qui relie ces nombres entre eux : les coefficients de transport obéissent (en l'absence de champs magnétiques) aux relations de réciprocité :

Cette découverte a valu à Onsager le prix Nobel en 1968. Les relations (6) permettent de relier entre elles les caractéristiques de phénomènes très différents, et sont à la base d'un grand nombre de lois thermodynamiques.

Les relations d'Onsager et les lois linéaires de même type ont cependant un domaine de validité limité. C'est seulement au cours des années 1960 que l'on a commencé à étudier systématiquement la thermodynamique non linéaire. Sans entrer dans les détails, signalons que, dans ce domaine, apparaissent des phénomènes tout à fait nouveaux et remarquables. Au fur et à mesure que l'on s'éloigne de l'équilibre, les régimes simples prédits par les lois linéaires deviennent instables, et le système « saute » sur d'autres branches d'évolution qui peuvent être totalement différentes. Il peut apparaître ainsi spontanément des structures spatiales ou des oscillations à partir de systèmes parfaitement homogènes au départ. Ces structures dissipatives jouent un rôle déterminant, aussi bien en hydrodynamique qu'en chimie et en biologie.

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Pour citer cet article

Radu BALESCU. IRRÉVERSIBILITÉ [en ligne]. In Encyclopædia Universalis. Disponible sur : (consulté le )

Autres références

  • AFFINITÉ CHIMIQUE

    • Écrit par Paul GLANSDORFF
    • 1 166 mots

    La notion d'affinité chimique est relativement ancienne. On la rencontre déjà, bien que sous un aspect encore purement qualitatif, dans les spéculations des alchimistes sur la transmutation des métaux au Moyen Âge (Albert le Grand, 1193-1280). Quant au terme lui-même, il semble avoir été...

  • HASARD & NÉCESSITÉ

    • Écrit par Universalis, Ilya PRIGOGINE, Isabelle STENGERS
    • 9 614 mots
    ...lutte de Boltzmann, qui tenta en vain de séparer déterminisme dynamique et réversibilité (I. Prigogine et I. Stengers, 1988), c'est-à-dire de montrer que l'évolution irréversible, à entropie croissante, vers l' équilibre thermodynamique si elle n'avait pas de sens en ce qui concerne une particule individuelle,...
  • ISOTROPIE & ANISOTROPIE

    • Écrit par Viorel SERGIESCO
    • 737 mots

    Au sens général du terme, une grandeur physique (macroscopique ou microscopique) est anisotrope, ou isotrope, selon qu'elle dépend ou non de la direction suivant laquelle on la mesure. Ainsi, la densité d'un corps homogène ou la fonction de distribution des vitesses à l'équilibre thermodynamique...

  • ONSAGER LARS (1903-1976)

    • Écrit par Paul GLANSDORFF
    • 588 mots

    Chimiste et physicien américain né à Oslo de parents norvégiens. Dès 1925, Lars Onsager obtient dans cette ville son diplôme d'ingénieur chimiste à l'École technique supérieure de Norvège.

    Au cours de ses études, Lars Onsager manifeste déjà des dispositions particulières pour...

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Voir aussi