Cette publication est accessible gratuitement
Lire

Définition de : INERTIE, physique

De
4 pages
Article publié par Encyclopaedia Universalis INERTIE, physique Le mot « inerte » possède, au départ, une connotation négative : son étymologie latine (iners, formé d'après in-ars) exprime une inaptitude, une incapacité. Dans la langue courante, l'inertie d'un objet (ou d'un être animé) désigne sa résistance à tout effort pour le mouvoir (ou l'émouvoir). La signification scientifique du terme est plus neutre, et s'écarte de sa signification usuelle. En un exemple majeur des glissements de sens qu'opère la science, la physique caractérise l'inertie non comme la résistance au mouvement, mais comme la résistance au changement de l'état de mouvement. Un corps doué d'une grande inertie peut fort bien être très rapide – il sera seulement difficile de l'accélérer ou de le ralentir, ou encore de le faire changer de direction. Le principe de l'inertie affirme la persistance du mouvement d'un corps sur lequel ne s'exerce aucune force : sa vitesse ne change ni de direction, ni de valeur ; le corps est donc animé d'un mouvement rectiligne uniforme, qu'on appelle d'ailleurs aussi mouvement inertiel. Compris pour l'essentiel par Galilée (1564-1642), le principe d'inertie a été formulé plus précisément par René Descartes (1596-1650), qui le dénomma. Placé par Isaac Newton (1642-1727) au fondement de la mécanique classique, il constitue le point de clivage entre l'intuition commune du mouvement et sa conceptualisation scientifique.
Voir plus Voir moins
INERTIE, physique

Le mot « inerte » possède, au départ, une connotation négative : son étymologie latine (iners, formé d'après in-ars) exprime une inaptitude, une incapacité. Dans la langue courante, l'inertie d'un objet (ou d'un être animé) désigne sa résistance à tout effort pour le mouvoir (ou l'émouvoir). La signification scientifique du terme est plus neutre, et s'écarte de sa signification usuelle. En un exemple majeur des glissements de sens qu'opère la science, la physique caractérise l'inertie non comme la résistance au mouvement, mais comme la résistance au changement de l'état de mouvement. Un corps doué d'une grande inertie peut fort bien être très rapide – il sera seulement difficile de l'accélérer ou de le ralentir, ou encore de le faire changer de direction. Le principe de l'inertie affirme la persistance du mouvement d'un corps sur lequel ne s'exerce aucune force : sa vitesse ne change ni de direction, ni de valeur ; le corps est donc animé d'un mouvement rectiligne uniforme, qu'on appelle d'ailleurs aussi mouvement inertiel.

Compris pour l'essentiel par Galilée (1564-1642), le principe d'inertie a été formulé plus précisément par René Descartes (1596-1650), qui le dénomma. Placé par Isaac Newton (1642-1727) au fondement de la mécanique classique, il constitue le point de clivage entre l'intuition commune du mouvement et sa conceptualisation scientifique. Si ce principe semble contraire à notre expérience courante (après tout, une boule lancée sur le sol s'arrête spontanément), c'est que la notion de force elle-même est peu intuitive : les forces de freinage (frottement de l'air, frictions de surface) omniprésentes dans la pratique ne sont guère perçues pour telles, et il fallut à Galilée et à ses émules une audace intellectuelle considérable pour en faire abstraction. Ainsi la notion d'inertie met-elle en évidence le caractère contre-intuitif de la science – et la nécessité de pratiquer une fine distinction entre concepts scientifiques et notions empiriques.

Le principe de l'inertie est directement relié au principe de relativité, dont il peut être vu comme une conséquence (perdant par là même son caractère de principe...). En effet, soit un corps en mouvement uniforme dans un certain référentiel. Considérons-le du point de vue d'un autre référentiel qui se déplace à la même vitesse que le corps ; dans ce second référentiel, équivalent au premier, le corps est au repos et n'est soumis à aucune force. Puisque les deux référentiels sont équivalents, aucune force ne s'exerce non plus sur le corps dans le premier référentiel. Réciproquement, un corps ne peut être en mouvement non uniforme, c'est-à-dire posséder une accélération non nulle, que sous l'action d'une force. La loi fondamentale de la mécanique, due à Newton, affirme précisément la proportionnalité entre l'accélération du corps et la force qu'il subit. Un coefficient de proportionnalité fixe la valeur de la force nécessaire pour lui conférer une accélération donnée. Ce coefficient d'inertie, ou plus simplement, l'inertie du corps, en est une propriété caractéristique. En mécanique classique, l'inertie d'un corps s'identifie à sa masse ; elle est donc constante. La même idée s'applique à la rotation d'un corps autour d'un axe : si aucun couple (accélération et force) ne s'exerce sur lui, le corps garde un mouvement de rotation à vitesse (angulaire) constante. Pour faire varier cette vitesse de rotation, il faudra exercer un couple d'autant plus grand que le corps possède un moment d'inertie important. C'est sur ce principe qu'est fondée l'utilisation de lourds « volants d'inertie » pour réguler la vitesse de rotation des machines. Le gyroscope en est une autre illustration, puisque l'inertie de son volant lui permet de conserver une direction fixe dans l'espace. Cette propriété trouve une application pratique directe dans les « centrales à inertie » qui équipent les avions et les fusées, où le gyroscope est chargé de fournir une référence spatiale interne d'orientation fixe, permettant au mobile d'évaluer ses changements de direction sans recours à des mesures extérieures.

Dans le domaine einsteinien, la notion de force se généralise de façon malaisée, aussi préfère-t-on aujourd'hui définir l'inertie de façon plus générale comme le coefficient de proportionnalité entre la quantité de mouvement et la vitesse : un corps possède, à vitesse donnée, une quantité de mouvement d'autant plus grande que son inertie est importante. En conséquence, une modification de sa quantité de mouvement (équivalente à une force) entraînera une modification de sa vitesse (accélération) d'autant plus faible que son inertie est grande – c'est bien la même idée que celle de la loi de Newton. Dans ce cadre général, on retrouve à l'approximation galiléenne l'identification de l'inertie à la masse, cependant que, dans le contexte einsteinien, il faut identifier l'inertie à l'énergie totale du corps, ou plutôt à l'équivalent-masse de l'énergie. Le point essentiel est que l'inertie augmente maintenant avec la vitesse et croît indéfiniment à l'approche de la vitesse limite, ce qui permet de comprendre pourquoi cette vitesse est inatteignable (et a fortiori non dépassable) pour les corps massifs.

Par-delà sa signification conceptuelle en mécanique, le terme d'inertie est également utilisé en physique de façon plus générale et plus métaphorique pour désigner la résistance d'un corps à une modification de l'une quelconque de ses propriétés physiques. On parle ainsi volontiers d'inertie thermique pour caractériser la relative stabilité de la température d'un corps par rapport à des modifications des conditions extérieures.

Auteur: Jean-Marc LÉVY-LEBLOND
Un pour Un
Permettre à tous d'accéder à la lecture
Pour chaque accès à la bibliothèque, YouScribe donne un accès à une personne dans le besoin