Définitions défectueuses de l'énergie

Il importe de se mettre en garde contre ces définitions commodes et faciles qui répondent fidèlement à la notion vulgaire de l'énergie, mais qui sont inconciliables avec sa notion scientifique.

Telle est, par exemple, la définition suivante : « On entend par énergie l'ensemble des différentes forces naturelles » ^).

« Il ne faut pas oublier, dit avec raison M. Lodge, la distinction entre la force et Vénergie. Ces termes sont telle ment confondus d'habitude par les vulgarisateurs, qu'il est quelquefois difficile de les distinguer : ils sont absolument distincts en physique » ^).

En fait, la force n'est qu'un des éléments constitutifs de l'énergie et ne doit jamais être confondue avec l'énergie elle-même '^).

Considérons, en effet, l'énergie potentielle que possède un poids de 2 0 kilogr. suspendu à la hauteur de deux mètres. Que comprend cette énergie ? D'évidence, elle implique deux facteurs : le poids et la hauteur de chute, ou l'espace à parcourir ; ce dernier facteur a même une grande importance, car l'énergie potentielle devient d'autant plus grande que la hauteur de chute est plus considérable. Dans l'espèce, on évaluera donc cette énergie à 20 X 2 = 40 kilogrammètres, formule dans laquelle la force, c'est à-dire le poids ou la pesanteur, ne représente qu'une partie de l'énergie.

Bien plus, une quantité d'énergie quelconque peut toujours être évaluée en travail . Or, en mécanique, un travail équivaut au produit de l'intensité de la force par l'espace que parcourt

' duire en passant de l'état où il se trouve, à l'état initial. — Cfr. IjRUNHEs, La Dégradation de Pénergic, pp. 248 et 249. Paris, Flammarion, 190S.

Pour le physicien Chwolson, l'énergie se définit : & Wenn ein Korper, oder eine (huppe von Kôrpern fàliig ist, Arbeit zu leisten, so sagen wir dass sie Energie besitze . Lchrbuch der Physik^ I, s. i iS

1) Boucher, Essai sur Phyperespacc, p. 120. Paris, Alcan, 1905.

2) LODGE^ La vie et la matière, p. 127. Paris^ Alcan, 1909.

•') Bruxhes, La DcoradatioJi de l'éticrgie, p. 39. Paris, Flammarion, 1908.

son point d'application, lorsque celui-ci est déplacé suivant la direction de !a force. L'intensité d'une force, ou la dépense d'action est d'autant plus grande, que la masse à déplacer est plus considérable, et que l'accélération qu'elle lui communique est plus grande. L'intensité peut donc s'exprimer par le produit de la masse (ni) par l'accélération (y). Mais il est clair que la dépense d'action est, elle aussi, d'autant plus grande que l'espace parcouru est plus étendu. Si l'on remplace l'espace parcouru par son expression mathématique, on

obtient , qui est la formule du travail ou de la dépense

d'action ').

Or, trois éléments se rencontrent dans le travail ainsi conçu : la masse, l'accélération et l'espace qui ne peuvent, d'évidence, être identifiés avec la force.

« Le sens de ces deux termes Ténergie et force ) diffère pour le phvsicien, dit Lebon, parce que l'énergie est mesurée par sa transformation en travail. Elle représente alors le produit d'une force par un déplacement. La force n'est, dans ce cas, qu'un des facteurs de l'énergie » ").

Ce serait même une erreur de confondre « la force » avec cette espèce d'énergie qui s'appelle « force vive ». La formule nrf qui en exprime la valeur nous montre qu'elle est aussi constituée de deux facteurs, une masse à mouvoir et une vitesse ou une relation entre un espace déterminé et le temps consacré à le parcourir ^).

D'aucuns diront peut-être : Si l'énergie n'est pas identifiable avec la force, au moins n'est-il pas permis de l'appeler « puissance motrice », <\ capacité de travail », pouvoir d'action ? En d'autres termes, le concept d'énergie n'implique t il pas essentiellement l'idée de possibilité d'action ?

') Frevcinet, Essai sur la philosophie des sciences, pp. 233 et siiiv. Paris, Gauthier- Villars, 1900.

-) I.EBOX, L'évolulion de la 7natière, p. 14. Paris, Flammarion, 1910.

■') Bruxhes, La Dégradation de l'énergie, p. 237. Paris, Flammarion, 1908.

Sans doute, il est des cas où ces différents termes sont réellement synonymes, mais on rencontre aussi des énergies qui sont cependant incapables de produire aucun effet quelconque, au moins dans les circonstances où elles se trouvent. L'énergie n'est synonyme de puissance motrice, de pouvoir d'action ou de capacité de travail que si elle est utilisable '). Or, elle le devient s'il y a entre les corps qui la possèdent une différence de tension, une absence d'équilibre électrique, thermique, mécanique ou autre. Deux corps à même température ne peuvent exercer aucune action l'un sur l'autre ; mais si la température de l'un est supérieure à celle de l'autre, le corps chaud possède un vrai pouvoir d'action sur le corps ft'oid, et ce pouvoir cesse lorsque l'équilibre est établi.

De même, il y a pouvoir d'action ou puissance motrice lorsqu'un liquide passe d'un niveau supérieur à un niveau inférieur, lorsque l'électricité s'écoule d'un corps à haut potentiel vers un corps à bas potentiel, lorsqu'un corps animé de vitesse vient en contact avec un autre corps animé d'une vitesse moindre ^).

Cette différence de tension vient-elle à faire défaut, l'équilibre est-il établi, aussitôt les corps perdent tout pouvoir d'action, bien qu'ils soient doués de vraies énergies ; tel, le cas de deux corps maintenus à une même température.

En résumé, toute énergie utilisable ou dont on peut tirer des effets utiles, possède un pouvoir d'action. Mais toute énergie n'est pas utilisable.

1) « Il y a identité absolue de signification dans les termes suivants: Puissance motrice (Sadi Carnot) : Force (S. Robert); Power of woricing (Tait) ; Motivity (Thomson) ; Available energy (Maxwell) ; Kraft (Mayer) ; Freie Energie (Helmholtz). Souvent l'expression d'Energie et parfois aussi celle de Travail sont employées à tort dans le même sens. » Le Chatelier, Principes de l' éner gétiqtic (jFoiirnal de Physique théorique et appliquée, 3" série, t. III, 1904), p. 291.

2) Lebon, U Evolution des forces, p. 71. Pans, Flammarion, 1908. — Brunhes, La Dégradation de fériergie, pp. 43, 374 et suiv. Paris, Flammarion, 1908.

202. Principes de l'énergétique. — Comme toute science, l'énergétique s'appuie sur certains principes. Il reste à étudier leur nature, à fixer leur portée, à déterminer les relations qui les unissent.

Le premier de ces principes s'appelle « le principe de la conservation de l'énergie ». On l'énonce d'ordinaire comme suit : la quantité d'énergie contenue dans l'univers demeure invariable ').

L'univers est soumis à des changements incessants. A première vue, il semble même que rien n'échappe à cette loi de transformation de la matière. Cependant, à travers ces métamorphoses, une entité persiste, c'est l'énergie. Sous les formes si diverses de chaleur, d'électricité, de simple mouvement, de lumière, elle accomplit ses mystérieuses destinées, comme une entité indestructible dont le propre est de ne se dépouiller d'une forme que pour en revêtir une autre équivalente. Si l'une de ces modalités diminue, une autre compense exactement cet effacement, en sorte que dans un S5^stème conservatif ou fermé, la somme des énergies reste constante. Le second principe de l'énergétique est « le principe de Carnot ». « On peut com.parer, dit ce physicien, la puissance motrice de la chaleur à celle d'une chute d'eau.. . La puissance motrice d'une chute d'eau dépend de la hauteur et de la quantité du liquide ; la puissance motrice de la chaleur dépend aussi de la quantité de calorique emplo3'é, et de ce que nous appellerons la hauteur de sa chute, c'est-à-dire de la différence de température des corps entre lesquels se fait l'échange du calorique » ^). En d'autres termes, pour que la chaleur puisse produire du travail mécanique, il faut non seulement de la chaleur, mais du froid ; il faut qu'on puisse faire descendre

1) Ce principe est basé sur l'expérience : Cfr. Pfaundler, Lehrbuch der Physik, II. B,, S. 517, 1898.— Dressel, Lehrbuch der Physik, Freiburg, S. 38, 1905. — H.PoiNXARÉ, La science et l'hypothèse, p. 131. Paris, Flammarion, 1907.

-) Sadi CaRXOT, Réflexions sttr la puissance motrice du feu, p. 15. Cfr. aussi p. 6, 1824..

une partie de cette chaleur sur un corps à température plus basse ; la chaleur tend alors à se mettre en équilibre entre les corps inégalement chauds et jouit du même coup d'une vraie puissance motrice.

Mais le principe de Carnot qui visait directement les relations entre la chaleur et le travail, s'applique à toutes les formes de l'énergie. De là son immense importance. En fait, un phénomène n'est possible que là où il existe une différence •d'intensité ou de tension, et l'énergie tend à se diriger du point où elle est le plus élevée vers le point où elle l'est le moins ').

Ainsi généralisé ou appliqué à toutes les forces connues de l'univers, le principe de Carnot met en relief l'universelle tendance de la nature au nivellement, et par suite à la dégradation de l'énergie. Si, comme le dit Clausius, on ne peut sans dépenser du travail faire passer du froid sur un corps chaud ; si l'énergie tend à passer d'un niveau supérieur à un niveau inférieur, il faut que l'énergie utilisable ou capable de produire des effets utiles, subisse une diminution progressive.

D'ailleurs, toutes les formes de l'énergie ont une tendance à se transformer en énergie calorifique qui se présente comme la forme la plus stable, mais aussi comme une énergie dégradée. Bien qu'on puisse, en effet, transformer totalement une quantité de travail mécanique en chaleur, il est impossible de transformer totalement cette quantité de chaleur en travail.

A raison de ces conséquences auxquelles le principe de Carnot paraît devoir nécessairement aboutir, plusieurs physiciens l'appellent aujourd'hui « principe de la dégradation de l'énergie » ^).

Enfin, le principe de Carnot fut complété par le principe

') OsTWALD, L'éjiergli', pp. 150 et 151. Paris, Alcan, 1910.

■^) Brunhes, La dégradation de l'énergie, p. 236. Paris, Flammarion, 1908. — L. PoiNCARÉ, La physique moderne, son évolution, p. 82. Paris, Flammarion, 1909.

d'Hamilton ou principe de la moindre action, qui est devenu le troisième principe de l'énergétique.

D'après cette règle, lorsque les molécules sont sollicitées par une force pour se rendre d'un point à un autre, ces molécules ne peuvent prendre qu'une seule direction, savoir, celle qui demande le moindre effort ').