ET LES « TRANSFORMATIONS ARTIFICIELLES

Il suffit de choquer une pierre contre une autre pour produire de la chaleur en dépensant du mouvement. Je dois à la vérité de reconnaître que je n'ai jamais vu, pour ma part, de sauvage allumer du feu en frottant l'une contre l'autre deux baguettes de bois; mais des témoins dignes de foi affirment en avoir vu. Ce qui est certain, c'est que, dès l'aurore de la civilisation, on a su réaliser la transformation intégrale de l'énergie mécanique en énergie calorifique.

Ni l'antiquité, ni le moyen âge n'ont su, au contraire, résoudre le problème inverse : mettre en« mouvement une machine à élever des fardeaux ou une pompe, moyennant une dépense de combustible. Il faut arriver jusque Denis Papin pour trouver, dans la machine à vapeur, une véritable machine à feu fonctionnant régulièrement. S'il y a équivalence entre la chaleur et le travail, entre 1 grande calorie et un travail de 425 kilogrammètres, il n'est nullement équivalent d'avoir à sa disposition 425 kilogrammètres ou d'avoir à sa disposition 1 calorie. Un projectile en mouvement, un wagon lancé sur une voie possèdent de l'énergie mécanique : en recevant le projectile dans une cuve pleine d'eau, en arrêtant le wagon avec un frein, on absorbe sous forme de chaleur l'intégralité

de l'énergie mécanique qu'ils avaient reçue. D'une source de chaleur qui fournit une calorie, on ne peut jamais, au contraire, tirer qu'une fraction, toujours assez faible, du travail mécanique équivalent : nos machines à vapeur ne transforment jamais en travail plus de 10 à 15 pour 100 de la chaleur que dépense la chaudière.

Le reste, les 90 pour 100 ou 85 pour 100, ne se perd pas, mais le reste est inutilisé. La grande part de la chaleur de la chaudière passe dans le condenseur; elle s'en va dans l'atmosphère avec la vapeur et la fumée, comme c'est le cas dans la locomotive : c'est de l'énôrgie gaspillée. Le génie de Sadi Carnot a su reconnaître que, si ce gaspillage peut être quelque peu réduit par les perfectionnements de construction, il ne saurait être, en aucun cas, évité; que ce gaspillage, loin de tenir uniquement aux défauts pratiques de nos machines, est la condition théorique indispensable de leur fonctionnement. De même qu'il faut une chute d'eau pour faire marcher un moteur hydraulique, de même il faut une chute de chaleur, tombant d'une source chaude à une source froide, d'une chaudière à un condenseur, pour faire marcher un moteur thermique. Toute machine à feu, qu'elle soit à air chaud, à vapeur, à gaz ou à pétrole, comprend comme organes essentiels une chaudière et un condenseur : à la condition de consacrer une partie de la chaleur produite dans la chaudière à retomber dans le condenseur, — mais à cette condition seulement, — on peut transformer en travail mécanique l'autre partie de la chaleur dépensée dans la chaudière. Cette restriction apportée à la libre transformation de la chaleur en travail ne doit pas être attribuée à des imperfections de nos machines : elle tient à la nature même des choses.

Ainsi la chaleur est, comme le travail mécanique, de l'énergie ; mais c'est de l'énergie de qualité infé-

Heure. Une source de chaleur qui est à une température plus élevée qu'une autre versera de la chaleur de qualité supérieure ; mais, pour élevée que puisse être la température de la source, la chaleur qu'elle verse ne laissera pas d'être de l'énergie de qualité ipférieure 4 l'énergie mécanique, On peut dire que les modifications qui sont naturelles sont celles qui, sans altérer jamais y bien entendu, la quantité d'énergie, la changent en une énergie de qualité inférieure. La chute de la chaleur qui tombe d'un corps plus chaud sur un corps plus froid est un exemple de transformation naturelle; et de môme la transformation de travail mécanique en chaleur. Les transformations inverses, transformation de chaleur en travail, ou transport de chaleur d'un corps froid sur un corps chaud, sont des transformations artificielles. L'expérience nous apprend que ces transformations artificielles ne se réalisent jamais d'elles-mêmes ; elles ne peuvent s'accomplir que moyennant la réalisation simultanée aVune transformation naturelle au moins équivalente. Telle est la forme sous laquelle Glausius a énoncé le principe de Carnot,

Pans la machine à vapeur, on fait tomber une partie de la chaleur de la chaudière dans le condenseur : transformation naturelle qui rend possible la transformation artificielle concomitante d'une autre partie de la chaleur de la chaudière en travail mécanique. La transformation artificielle, qui consiste à transporter delà chaleur d'un corps froid sur un corps chaud, est celle que réalisent les machines frigorifiques : elles permettent de refroidir un corps déjà plus froid que les corps qui l'entourent, et d'en extraire encore de la chaleur pour la répandre sur le milieu ambiant plus chaud; nous verrons plus loin comment cette transformation artificielle s'obtient moyennant une transformation naturelle de travail mécanique en chaleur.

Si les transformations artificielles exigent toujours une transformation naturelle corrélative, la réciproque n'est pas vraie, Une transformation naturelle n'a paj» besoin d'être compensée. Toute seule et d'elle-même, la chaleur tombe des corps chauds aux corps froids; toute seule et d'elle-même, l'énergie mécanique tombe & l'état inférieur d'énergie calorifique, Un système de corps matériels, abandonné à lui-même, présenr tera toujours, au bout du compte, un excès de trang-»formations naturelles non compensées. Pour employer un langage moins scientifique, ce système tend vers un état final où tout mouvement visible disparaît pour faire place à une chaleur qui se répartit uniformément, assurant en tous les points une rigoureuse égalité de température ; repos, égalité de température, telles sont les conditions finales que réalisent, progressivement les transformations spontanées. Si c'est là aussi l'état final réservé à l'univers, il est clair qpe ce sera la mort pure et simple : sans mouvement, sans inégalités de température, nul rayonnement, nulle vie possible. Dans ce monde éteint et mort, il y aurait pourtant la môme sommed'énergie totale qu'aux premiers jours do son existence. Seulement cette énergie serait passée tout entière à l'état d'énergie inutilisable.

Encore une fois, l'on ne saurait, sans se heurter à des difficultés métaphysiques, affirmer que ce résultat s'applique tel quel à l'univers entier. 11 y aurait témérité, peut-être, à prédire qu'il atteindra à jour fixe pet état-limite que caractérisent l'immobilité et l'uniformité de température. Ce qui seulement est hors de doute, c'est que le monde marche en ce $ens.

Il y a deg personnes, en tous les cas, qui se sont interdit d'avance le droit de faire leurs réserves sur l'extension du principe de Carnot 4 l'ensemble de l'univers. Ce sont le§ personnes qui n'ont aucun scrupule à énpncer, pour l'univers, le principe de la

conservation de la matière ou celui de la conservation de l'énergie. Dans la mesure où il est vrçri de dire que l'énergie de l'univers se conserve, il est Yrai de dire aussi que cette énergie se dégrade, et que l'énergie utilisable se perd. Et de même que les phénomènes dont notre petite planète ou notre système solaire est le théâtre suffisent à nous donner un exemple et une illustration du principe de la conservation de l'énergie, de même et plus nettement encore, ils nous permettent de prendre sur le fait, dans un cas particulier, la dégradation de l'énergie.

La plus grande partie de la chaleur versée par le soleil à notre planète sert tout simplement à la réchauffer, et à la préserver, pour quelque temps du moins, du refroidissement que subirait, livrée à ellemême, la terre abandonnée au rayonnement nocturne. La chute de cette chaleur, tombant de la température du soleil à la température de la terre, est une transformation naturelle qui rend possible la transformation d'une part de la chaleur solaire en énergie mécanique : les grands courants atmosphériques et marins ont leur première raison d'être dans réchauffement des régions tropicales par rapport aux régions tempérées ou polaires ; ils sont eux-mêmes la cause de l'afflux constant d'eau sur les chaînes dé montagnes : en retombant à la mer,, cette eau nous donne, sous forme de courants rapides ou de cascades susceptibles de mouvoir nos turbines et nos roues hydrauliques», la plus importante source naturelle d'énergie mécanique. La radiation solaire, en tombant sur les plantes vertes, leur permet de décomposer l'acide carbonique de l'air, pour en rejeter l'oxygène et en extraire le charbon ; elle crée ainsi dans les végétaux une réserve d'énergie chimique qu'une allumette suffît à transformer en énergie calorifique ; les gisements de charbon qui alimentent nos machines à

vapeur proviennent eux-mêmes de végétaux fossiles ; et rénergie qu'ils représentent et qui, chaque jour, s'épuise, est tout entière, elle aussi, empruntée à l'énergie des rayons solaires.

Les quelques transformations artificielles que nous observons dans ce passage de l'énergie de radiation à Fétat d'énergie mécanique, ou d'énergie chimique, ou de toute autre forme élevée de l'énergie, ne vont jamais, ne l'oublions pas, sans une transformation naturelle incomparablement plus importante ; puisqu'il y a chute de chaleur tombant du soleil sur la terre, chaleur que la terre, à son tour, rayonnera vers les espaces célestes durant la nuit. Et, dans l'ensemble, l'énergie reçue journellement par la terre sous forme de chaleur venant d'un corps à température élevée éprouve une énorme dégradation. Le rôle des êtres vivants : végétaux dont la chlorophylle réduit l'acide carbonique, — animaux qui transforment en mouvement une partie de l'énergie provenant des combustions intérieures à leur organisme, — êtres raisonnables, qui, consciemment, utilisent les énergies naturelles comme les chutes d'eau, à faire tourner des machines, — le rôle des êtres vivants est de ralentir dans une certaine mesure cette dégradation d'énergie qu'ils ne sauraient arrêter.

Pour nous résumer, la terre n'est pas un système isolé : elle reçoit de l'énergie, et elle en cède. Au bout de l'année, il y a à peu près équilibre entre ce qu'elle a reçu et ce qu'elle a perdu. De l'énergie venue du soleil, on peut dire qu'elle ne garde rien ; elle la rend au fur et à mesure, mais elle la rend dégradée.

Le même sort est réservé à toute l'énergie rayonnée par notre soleil dans tout l'espace, et de même à l'énergie rayonnée par les étoiles. Notre système solaire, lui, perd de l'énergie, et il en perd constamment. Rien ne vient remplacer la perte sèche que

32 I,A DÉGRADATION DE i/ÉNERGIB

constitue la radiation solaire à travers les espaces interstellaires, et ce qu'il reçoit des autres étoiles est loin de compenser ce qu'il perd lui-môme. Au total, à considérer l'ensemble des systèmes réels d'étoiles avec l'éther au milieu duquel ils voguent, il n'y a pas de déperdition, si Ton veut que le principe de la conservation de l'énergie s'applique encore ; mais & coup sûr il y a dégradation.

§ 3. - ÇLUEUQUÇS OBJECTIONS.

£<a doctrine de la dégradation de l'énergie ne s'est pas imposée sans avoir soulevé quelque? objections. En indiquer dès maintenant quelques-unes, sera» croyops-nous, le meilleur moyen de préciser le sens et la portée de la doctrine elle-même, Elles seront, par la guite, examinées dans le détail.

Ne peut-il y avoir reconçentration de cette énorme quantité d'énergie rayonnée en tous les sens ? Les rayons envoyés par le soleil et par les étoiles, comme Sirius, ne peuvent-ils, dans les profondeurs de l'espace, se réunir quelque part comme au foyer d'un miroir ardent, et reformer 14 un nouveau centre de radiation ? Le physicien anglais qui a introduit dans la science l'expression d'énergie potentielle et qui peut être regardé comme le créateur de ce qu'on appelle aujourd'hui Y Énergétique^ Macquorn Jtankinet a développé avec complaisance cette hypothèse de la reconcentration de l'énergie, Il regardait comme nécessairement limité l'espace immense que remplit l'éther lumineux; sur les limites de cet espace, il imaginait que les rayons provenant de toutes les étoiles du ciel se réfléchissaient, et, revenant sur leurs pas, allaient former de nouveaux points & température très élevée; un soleil éteint vient-il 4 passer en un de

ces points, il peut y être porté à l'incandescence, et recouvrer la chaleur, la lumière et la vie.

Nous examinerons un peu plus tard cette hypothèse, qui d ! ailjeurs met en cause, en même temps ' que le principe de la dégradation de l'énergie, son extension à l'ensemble de l'univers matériel.

Peut-être, dira-t-on encore, nous somipes, pour l'instant, à une période dp l'histoire du ponde où il y a dégradation de l'énergie. Qui peut dire qu'il en sera toujours ainsi? Si le monde, parti du chaos, c'est-àdire de l'absence d'équilibre, tend vers un état d'équilibre général et universel marqué par la transformation de toutes les autres espèces d'énergie en énergie calorifique uniformément répartie, n'est-il pas loisible de supposer qu'une fois l'équilibre atteint, le monde retournera vers le chaos ? Ne pouvons-nou§ imaginer que lq monde, « une fois transformé en un tout homogène et; sans mouveipen^, se trouverait dans un état de complète instabilité ? »

« C'est alors que l'effort de tension qui limite l'activité universelle jouera un rôle actif en venant défaire l'oeuvre accomplie par la vitesse initiale et que commencera une lente évolution en sens contraire, qui ramènera l'univers..., par une augmentation graduelle des énergies utilisables, vers l'état de chaos d'où il était sorti..,

« L'éternité serait donc l'infini d'une série d'oscillations grandioses entre le chaos et l'équilibre, entre le mouvement et la chaleur, l'infini d'un rythme à longue période... »

C'est ainsi que s'exprime l'un des gavants qui ont lç mieux compris Carnot, et qui ont travaillé le plus à le faire comprendre : M. G. Mouret. Nous retrouverons et nous discuterons une conception analogue chez Boltzmann et chez Herbert Spencer. Bornons-

34 LA DÉGRADATION DE i/ÉNERGIE

nous, pour l'instant, à reconnaître qu'il n'y a rien à répondre quand on nous déclare possible qu'il vienne un temps où le monde obéisse à d'autres lois que ses lois actuelles. Construire un monde où la chaleur se trouve être de l'énergie de qualité supérieure, et l'énergie mécanique de l'énergie de qualité inférieure, est une idée qui, en soi, n'implique pas plus de contradiction, que d'imaginer un monde où les fleuves couleraient de bas en haut. Rien pourtant ne nous permet de prédire que le monde, transformé en un tout homogène et à température uniforme, serait « dans un état de complète instabilité ». Il y a plus : tout ce que nous savons permet plutôt de prédire le contraire.

Trempons dans l'eau bouillante l'extrémité d'une cuiller d'argent, puis retirons-la et laissons-la sur une table. L'extrémité chaude se refroidit, et l'extrémité froide s'échauffe, jusqu'à ce que la cuiller entière soit toute à la même température. Quand cet état d'équilibré est atteint, il n'est pas dépassé en sens inverse. La comparaison avec une pierre qui tombe et qui rebondit serait ici complètement en défaut; et de même la comparaison avec un pendule oscillant autour de la verticale. Une fois la chaleur retombée du côté chaud au côté froid, elle n'a aucune tendance à rebondir, ni pour échauffer de nouveau la partie précédemment chaude, ni pour se porter en excès par une sorte de vitesse acquise, sur la partie précédemment froide. La chaleur ri a aucune espèce d'élasticité. Une fois l'équilibre atteint, aucune différenciation nouvelle ne se produit. La cuiller, supposée seule, reste en équilibre thermique stable.

Il est difficile de voir comment cet équilibre thermique serait troublé par le fait que, au lieu de la cuiller toute seule, tous les corps qui l'entourent, et tous ceux que contient l'univers, seraient arrivés, eux aussi, au même état de repos et à la même uniformité de température.

Aussi bien, ce que M. Mouret reconnaît, c'est que le monde actuel marche du déséquilibre initial, qui était le chaos, vers l'équilibre final qui sera la mort. Cela d'ailleurs, si beaucoup de gens l'ignorent, personne ne le conteste. De savoir ce qui se passera après, et si le monde, ayant une fois fini, recommencera, c'est, à vrai dire, une question nouvelle et qui ne nous intéresse pas au même degré. Recommencera-t-il de lui-même, livré au seul jeu des lois qui le régissent? Ce qu'il est du moins permis d'affirmer, c'est qu'il faudrait, pour qu'il en fût ainsi, que ces lois eussent changé en quelque manière et qu'elles fussent devenues, à certains égards, exactement le contraire des lois les plus générales et les plus certaines de la physique. Si Ton fait profession de regarder comme vraisemblable une hypothèse aussi gratuité, que du moins Ton ne vienne pas, dans le même temps, célébrer « l'immuable constance des lois naturelles ».