Le principe que la physique n’arrive ni à prouver, ni à abandonner

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Prenez un système traversé par un flux d’énergie — une atmosphère, une cellule, un fleuve. Une hypothèse audacieuse affirme qu’il s’organisera toujours de façon à produire de l’entropie au rythme maximal possible. Si c’était vrai, un seul principe prédirait la forme des ouragans, des écosystèmes, peut-être du vivant. Voilà quarante ans que la physique n’arrive ni à le prouver, ni à s’en débarrasser.

Un principe trop beau pour être ignoré

Le second principe de la thermodynamique dit dans quel sens vont les choses : l’entropie d’un système isolé ne peut qu’augmenter. Il ne dit pas à quelle vitesse. C’est ce vide que le principe de production maximale d’entropie — MEP, pour les intimes — prétend combler : parmi tous les chemins que la nature pourrait emprunter, elle choisirait celui qui dissipe le plus vite. Débattu

L’idée a une élégance redoutable. Près de l’équilibre, Ilya Prigogine avait démontré l’inverse — un système faiblement contraint s’installe dans l’état qui produit le moins d’entropie possible. Établi

Le MEP parie que loin de l’équilibre, là où naissent les structures dissipatives, la règle s’inverse : le système s’organise pour dissiper au maximum. En 2006, Leonid Martyushev et Vladimir Seleznev en dressent l’inventaire dans une revue de référence de Physics Reports : le principe semble marcher en physique, en chimie, en biologie — climats planétaires, croissance cristalline, écosystèmes. C’est lui qui rôdait derrière la controverse sur l’origine de la vie racontée au premier volet de cette série. Débattu

1984 : la première objection

Le débat n’est pas né hier. Dès 1984, Bjarne Andresen, E. C. Zimmermann et John Ross publient dans The Journal of Chemical Physics une objection en règle contre l’idée qu’un taux de production d’entropie puisse servir de boussole aux systèmes hors d’équilibre. Deux pages sèches, qui posent le repère chronologique : le MEP n’est pas une idée neuve encore en rodage. C’est une idée ancienne qui, en quarante ans, n’a jamais emporté l’adhésion. Établi

La critique la plus citée

En 2012, John Ross revient à la charge — le même Ross, chimiste à Stanford, vingt-huit ans plus tard. Avec Alexandru Corlan et Stefan Müller, il passe au crible les formulations locales du principe dans The Journal of Physical Chemistry B, et les démonte une à une : sur les systèmes réactionnels que les partisans du MEP citent en exemple, le maximum annoncé ne se réalise pas. C’est aujourd’hui la critique la plus citée du dossier. Débattu

L’année suivante, Matteo Polettini s’attaque au socle historique du principe — les travaux du mécanicien Hans Ziegler — dans un article d’Entropy au titre qui dit tout : « Fact-Checking Ziegler’s Maximum Entropy Production Principle ». Verdict : la démonstration de Ziegler tient dans le régime linéaire, près de l’équilibre — et se dérobe précisément là où on veut l’étendre, loin de l’équilibre, là où le MEP serait intéressant. Débattu

Les partisans bornent leur propre principe

Fait rare dans une controverse : en 2014, Martyushev et Seleznev répondent aux critiques en publiant eux-mêmes, dans Physica A, la liste des restrictions de leur principe — les conditions hors desquelles il ne faut pas l’appliquer. On peut y lire un aveu, ou une preuve de sérieux : le débat est technique, pas idéologique. Chaque camp affine ses conditions au lieu de camper sur des slogans. Établi

Quinze ans après : « statut actuel »

En 2021, Martyushev fait le point dans Physics–Uspekhi. Le titre de la revue est d’une honnêteté remarquable : « Maximum entropy production principle: history and current status ». Un principe dont la meilleure revue de synthèse, écrite par son principal défenseur, s’intitule « statut actuel » quinze ans après la première — c’est un principe qui n’est toujours pas universellement accepté, et qui le sait. Établi

Le paysage qui s’en dégage est étrange : le MEP marche souvent, remarquablement bien parfois — les modèles de climat planétaire fondés sur lui retrouvent des températures réalistes sans aucun réglage fin. Mais personne ne sait pourquoi il marche, ni ne dispose d’une démonstration générale, ni ne peut dire à l’avance où il va échouer. Débattu

Même paysage que pour les théories de la conscience mises à l’épreuve : un match nul instructif vaut mieux qu’une victoire proclamée.

Ce que le laboratoire en dit

Depuis dix ans, la question a quitté les revues théoriques pour la paillasse. En 2015, Andrey Belkin, Alfred Hübler et Alexey Bezryadin filment des nanotubes de carbone qui s’auto-assemblent sous tension électrique : les structures « frétillent », se défont, se reforment — jusqu’à ce que la production d’entropie atteigne son maximum. Alors, elles s’immobilisent. Débattu

En 2016, Bezryadin et Kountz ajoutent une pièce au dossier : le maximum n’est jamais atteint instantanément. Il faut au système un temps d’évolution — une durée d’apprentissage pendant laquelle la structure tâtonne avant de trouver sa configuration la plus dissipative. Le principe, s’il vaut quelque chose, ne décrit pas un état : il décrit la fin d’une histoire. Débattu

Et c’est exactement là que l’histoire rebondit : en 2026, la même équipe de l’Illinois met deux structures dissipatives en compétition pour la même source d’énergie — et le résultat ne ressemble pas à ce que le MEP promettait. Ce sera l’objet du troisième volet de cette série.

Où en est la balance ? Que des systèmes hors d’équilibre s’organisent spontanément en structures qui dissipent l’énergie, c’est établi depuis Prigogine. Que cette organisation obéisse à un principe d’extremum — et que ce soit un maximum — reste, quarante ans après la première objection publiée, une conjecture féconde sans démonstration générale. Le titre de la revue de 2021 le concède lui-même. C’est peut-être la marque des idées importantes : celles qu’on ne parvient ni à prouver, ni à abandonner.