Qu’est-ce que la fleche du temps ?

Alan Kerneuzet – 29/01/2007

Qu’est-ce que la fleche du temps ? Pourquoi se souvient-on du passe… jamais du futur ? Quel role la gravitation joue-t-elle dans cette asymetrie entre passe et futur ? Que peuvent-nous apprendre les trous noirs sur l’evolution de l’Univers a tres long terme ? Peut-on imaginer renverser un jour la fleche du temps ?

Les Petites Pommes du Savoir
Des reponses breves, claires et serieuses aux questions que vous vous posez sur le monde.

Gabriel Chardin est physicien au DAPNIA, le departement de recherche en Astrophysique. Physique des particules et Physique nucleaire du CEA, a Saclay. Il est specialiste de l’antimatiere et de la matiere cachee.

Le second principe dela thermodynamique

Graduellement, l’idee va se construire que l’Univers brule et que c’est cette combustion, et les inhomogeneites de temperature qu’elle engendre, qui gouvernent la fleche du temps. Mais avant cela, au debut de l’ere industrielle, vers 1810, un jeune ingenieur francais, Nicolas Sadi Carnot, brillamment sorti de l’Ecole polytechnique, cherche plus modestement a comprendre comment utiliser au mieux ce qu’on appelle la puissance motrice du feu. Tres concretement, si l’on dispose d’un milieu, chaud comme une chaudiere de locomotive, et d’un milieu froid, comme l’atmosphere, quelle est la meilleure facon de recuperer du travail, de la force motrice, de ces deux milieux a temperature differente ? Carnot prend conscience du fait que laisser le corps chaud (ici la chaudiere) ceder sa chaleur au milieu froid (l’atmosphere) sans produire aucun travail – on bloque le piston de la locomotive – est l’exemple meme de la transformation irreversible. En effet, une fois que deux corps ont egalise leurs temperatures, il n’est plus possible d’extraire du travail de ce milieu unique a temperature uniforme : pas possible d’extraire du travail d’un ocean si l’on ne dispose que de ce seul milieu.
Pour eviter ce court-circuit thermique entre corps chaud et corps froid, dont il pressent confusement qu’il est a l’origine de l’irreversibilite, Carnot imagine d’amener doucement le corps chaud a la temperature du corps froid en effectuant une detente (le gaz pousse le piston) au cours de laquelle il produira du travail. En combinant de telles detentes et compressions – permettant de passer d’une temperature elevee a une autre plus basse et reciproquement – avec des detentes et compressions a temperature constante, Carnot definit un processus cyclique et producteur de travail qu’il est possible de repeter indefiniment dans les machines thermiques comme les locomotives.