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21 décembre 2015 1 21 /12 /décembre /2015 09:00

La naissance du concept d'énergie

Comprendre la nature de l'énergie, sortir de représentations anciennes devenues insatisfaisantes. L'interrogation prit forme pendant la seconde moitié du XIX s et influença l'évolution des sciences de la nature en faisant apparaître des sciences nouvelles, en influençant la philosophie et la pensée.

Le concept d'énergie est désormais omniprésent.

 

C'était autant une idée qu'une intuition : il existe dans la nature quelque chose qui se conserve au cours des processus naturels. De là émergeât le concept d'énergie condensé dans les deux lois fondamentales de la thermodynamique. Lui restait à s'affronter aux impératifs de la rationalité. Le travail de la pensée scientifique s'appliqua à définir l'énergie dans tout ses phénomènes.

 

Retracer le chemin suivi pour définir ce concept serait fastidieux, contentons-nous de quelques étapes fondamentales.

Deux questions se posèrent à l'origine, la plus ancienne concerne le mouvement, la seconde, la chaleur. Les deux sont liées, se transformant l'un en l'autre. Le questionnement de la nature de ce lien et l'étude des machines thermiques apparues aboutit au début du XIXe à une ''science de la chaleur''. L'équivalence entre le mouvement et la chaleur fit apparaître un nouveau concept associant la dynamique et les sciences de la chaleur pour en former un nouveau : la thermodynamique.

Deux principes fondamentaux structure la nouvelle science. D'abord la conservation de l'énergie, ensuite, concernant une machine thermique, est la nécessiter de disposer de deux sources de chaleur à des températures différentes. Ce second principe fut établi par Sadi Carnot, puis repris par Émile Clapeyron puis Lord Kelvin. Les concepts de température, énergie, travail, chaleur, sont affinés, celui d'entropie (impossibilité d'obtenir un travail avec une source unique de chaleur) est introduit. La relation entre chaleur et mouvement est élucidée ainsi que celles liant des phénomènes physiques de nature différentes, objets de transformations mutuelles.

Ainsi nous sommes passé de l'idée de force à celle de travail puis au concept d'énergie.

Le concept d'énergie est cohérent avec l'entropie, la conversion, la conservation et la dissipation. Reste la contradiction entre la seconde loi de la thermodynamique et la mécanique qui supposent des phénomènes réversibles quand les phénomènes physiques orientés dans le temps le sont de manière absolue et irréversible.

Pierre Duhem proposa de rebâtir la physique sur la base de la thermodynamique pour trouver une solution admissible. Henri Poincaré s'interroge sur ''… l'état actuel de la Physique Mathématique et les problèmes qu'elle est amenée à se poser et son avenir. Est-elle sur le point de se modifier avec pour conséquence que nos successeurs ne verront pas cette science sous le même jour que nous ?'' Poincaré sait que c'est une chose de se poser ces questions mais qu'y répondre est un autre paire de manche. Il se refuse à toute prophétie.

Le chimiste allemand Wilhelm Ostwald développe une doctrine ''énergétique'', proposant de substituer à l'idée de matière celle d'énergie.

''La matière est une invention que nous nous sommes forgée pour représenter ce qu'il y a de permanent dans toutes les vicissitudes. La réalité qui fait effet sur nous, c'est l'énergie.'' ''Nos sensations, écrit-il, correspondent à une différence d'énergie entre nos organes des sens et le milieu qui les entoure''.

Une autre vision du monde émergeât, électromagnétique celle-ci. Conception confortée par le développement d'une physique diversifiée, notamment avec l'optique, l'électricité et la magnétisme unifiés dans l'électromagnétisme par la théorie de James Clerk Maxwell.

Les débats débordent le milieu scientifique, accentués par la remise en cause du rôle de la matière, considérant l'énergie comme le concept fondamental des sciences physico-chimiques, mais aussi biologiques et sociologiques. ''l'énergie incarne le réel'' résume Ostwald. Avec le zoologue Ernst Haeckel il fonde une espère de nouveau monisme. Haeckel voit le monde comme ''un grand tout'', rédigeant un manifeste comprenant trente thèses. Dans la huitième il conclut que la nature organique et celle inorganique ne sont pas deux règnes hétérogènes, que les lois de la physique et de la chimie s'appliquent partout, ainsi la vie n'est rien d'autre qu'un phénomène physico-chimique. Dans la dix-septième il décrète que l'âme humaine est une somme de fonctions cérébrales dont l'activité cesse avec la mort physiologique. Ces idées s'inscrivent dans un renouveau du matérialisme s'affirmant à la fin du dix-neuvième siècle. La science est triomphante et semble avoir vaincue une philosophie en crise après l'effondrement de l'idéalisme allemand. Une philosophie matérialiste essaie de s'imposer.

 

Le concept d'énergie/entropie cristallise les passions, la science est remise en cause, non seulement elle n'apporte pas de réponses aux grandes questions existentielles mais l'industrialisation dont elle est à l'origine n'apporte que misère et souffrances. Le matérialisme est battu en brèche, comme ce scientisme prétendant tout expliquer.

Toute naissance se fait dans la souffrance, et cette crise sera favorable à la constitution de nouvelles disciplines scientifiques, la chimie-physique, la physique atomique et les quanta, la théorie de la relativité qui agrandira le champ de la physique dans un mouvement d'unification de ses objets, concepts et théories.

Alors que naît le vingtième siècle, le concept d'énergie a modifié le paysage de la physique et s'est immiscé dans les débats philosophiques.

 

Enfermer le concept d'énergie dans quelques définitions claires, et équations qui le seraient moins, reste à faire, néanmoins l'article de Muriel Guedj nous éclaire sur une époque qui s'y risquât, lançant des idées et ouvrant des débats qui permirent à la science d'avancer.

 

Dans ce même numéro vous trouverez la présentation des livres de Jo Hermans, traduit par Pierre Manil ''L'énergie sous toutes ses formes'', en deux volumes. Ainsi pourrez-vous allez plus loin sur ce sujet, de ses formes présentes à ses sources futures, possibles. Comme le résume Florence Bellec : Cet ouvrage constitue un guide accessible et fiable pour tout lecteur à la recherche de pistes pour l'énergie du futur.

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Publié par Lee Rony - dans J'ai lu Science
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