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MOUVEMENT PERPÉTUEL

La quête du mouvement perpétuel (en latin, perpetuum mobile) a passionné pendant des siècles nombre de scientifiques et d'inventeurs ; transcrit en langage moderne, il s'agissait de concevoir et de réaliser une machine qui, une fois mise en mouvement, pourrait effectuer un travail utile sans puiser sur une source d'énergie extérieure. Cette machine se présentait sous la forme d'une roue qui tournait d'elle-même et sans arrêt autour de son axe horizontal.

L'idée apparaît en Orient : la première description d'une machine à mouvement perpétuel se trouve dans un ancien manuscrit en sanskrit datant du ve siècle avant J.-C. Plus tard, vers 1150, l'astronome et mathématicien indien Bhaskara II décrit lui aussi une telle machine. L'idée de mouvement perpétuel se diffuse très rapidement jusqu'en Europe par l'intermédiaire de l'islam : des schémas se retrouvent en effet dans de nombreux manuscrits arabes ainsi que dans le carnet de dessins intitulé « Traité d'architecture » (1235) de Villard de Honnecourt, ingénieur du xiiie siècle. Mais, à la suite des avancées scientifiques accomplies, l'Académie des sciences de Paris condamna solennellement, en 1775, de telles recherches, jugées coupables de consommer inutilement les talents, le temps et la fortune de trop de mécaniciens ingénieux. Cette condamnation reste toujours d'actualité puisque les brevets sur les pseudo-mouvements perpétuels ne sont pas pris en compte par l'Institut national de la protection intellectuelle.

Pourtant, les travaux consacrés à cette quête ont occupé de nombreux savants : Léonard de Vinci, Christian Huygens, Jean Bernoulli, Robert Boyle ou Nikola Tesla, pour ne citer que quelques noms célèbres. Le premier brevet de machine à mouvement perpétuel date de 1617, et il fut suivi de quelque six cents autres, dont la plupart dans la seconde moitié du xixe siècle. Le personnage le plus connu parmi les pittoresques héros de cette quête est peut-être le Saxon Johann Ernst Elias Bessler (1680-1745) dit Orffyreus, qui prétendit avoir résolu le problème en construisant, de 1712 jusqu'à sa mort, diverses versions de grandes roues tournant sans discontinuer tout en effectuant divers travaux. Protégé par Karl, Landgrave de Hesse-Kassel, regardé comme un charlatan, accusé de fraude et de tromperie, il détruisit ses plans et ses machines avant de mourir. De nos jours encore, des bricoleurs talentueux tentent de relever le défi, sans toujours s'apercevoir de la portée scientifique de l'enjeu.

En effet, si la réalisation d'un tel projet nécessite l'élimination des forces de friction susceptibles, comme chacun s'en rend compte journellement, d'arrêter tout mouvement, cet obstacle n'est pas la principale objection scientifique à l'existence d'un tel mécanisme. Les deux raisons majeures pour lesquelles les scientifiques jugent futiles et sans espoir ces recherches sont connues comme le premier et le second principe de la thermodynamique. Ces principes énoncent d'une part qu'il est impossible de créer de l'énergie et d'autre part que l'entropie (dégradation énergétique) d'un système est toujours croissante. C'est en référence à ces deux principes qu'on distingue parfois deux types de machines à mouvement perpétuel : les premières produiraient plus d'énergie que la quantité de chaleur qui leur serait fournie ; les secondes convertiraient toute la chaleur d'une source chaude sans laisser échapper une partie de cette chaleur vers une source froide.

Il est intéressant d'approfondir la signification de ces deux principes, dont la compréhension a progressé depuis qu'ils ont été posés par les thermodynamiciens du xixe siècle. Le concept d'entropie est maintenant relié à la quantité d'information que contient un système et la dégradation d'entropie est parfois assimilée à la définition d'une « flèche du temps statistique ». Sa définition nécessite que l'on soit dans le cadre d'une mécanique statistique où le nombre de degrés de liberté (c'est-à-dire finalement le nombre de particules contenues dans le système) est extrêmement grand. Il est par conséquent problématique d'utiliser ce concept lorsqu'on considère des nano-systèmes, composés seulement de quelques centaines ou milliers d'atomes (le préfixe nano fait référence à la taille de tels systèmes, de l'ordre du nanomètre, soit le millième de micromètre). Or les progrès récents permettent de manipuler des atomes ou des molécules unité par unité et d'envisager une nanotechnologie surprenante.

Le principe de conservation de l'énergie est d'une autre nature. Quand bien même il a été d'abord énoncé par des thermodynamiciens, il ne souffre pas des limitations propres à ce domaine de recherche et semble avoir une signification particulièrement profonde. Comme pour de nombreux résultats importants en physique, plusieurs scientifiques contribuèrent à la genèse de ce principe. On attribue souvent à Hermann Helmholtz la paternité de la forme moderne de la conservation de l'énergie. Dans son mémoire Sur la conservation de la force publié en 1847 alors qu'il est médecin militaire, il construit le concept de « forces de tension » (précurseur de l'énergie potentielle) qu'il oppose aux « forces vives » (l'énergie cinétique) et énonce la conservation de la somme de ces deux « forces ». Le mémoire était d'abord destiné à contredire les physiologistes qui, selon Helmholtz, abusaient du concept de force vitale avec lequel on « explique tout ce qui n'est pas compréhensible par quelque chose d'inintelligible et de tout aussi indéfini en soi ». Helmholtz expliquera plus tard qu'en formulant cette loi de conservation, il définissait théoriquement de manière solide les relations qui existent nécessairement entre les forces naturelles si aucun mouvement perpétuel n'est possible. Il ajoutait que cette impossibilité s'était imposée aux mécaniciens depuis un temps très ancien et qu'elle était énoncée avec une certitude solide acquise par induction.

On comprend maintenant la conservation de l'énergie comme étant liée à l'invariance dans le temps des lois de la physique. (Notons au passage qu'il est indispensable de définir précisément l'énergie avant de parler de son éventuelle conservation ; nous ne nous engagerons pas dans ces développements ici.) L'impossibilité des machines à mouvement perpétuel se trouve ainsi liée à l'intelligibilité du monde physique. Les partisans des recherches de machine à mouvement perpétuel méconnaissent souvent la nature des principes physiques qu'ils assimilent à des lois arbitraires dictées par un tyran et soutenues par des subordonnés refusant de partager leur pouvoir. Ils oublient par exemple que les principes de la thermodynamique sont le fruit d'observations du fonctionnement de dispositifs bien réels et que les physiciens ne les ont pas considérés comme justes avant d'en avoir vérifié de nombreuses conséquences. Certes, l'histoire des sciences ne justifie aucunement un immobilisme frileux et les hypothèses nouvelles les plus audacieuses méritent attention, mais il ne faut pas confondre celles-ci avec des essais répétitifs de montages mécaniques finalement peu originaux, sinon aux yeux de leur inventeur souvent trop peu modeste.

Auteur: BERNARD PIRE
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