[débat] Point de vue des biologistes : la vie, une structure dissipative ?

[yvon l]

...
Sur la page wiki consacrée à ce système (https://fr.wikipedia.org/wiki/Oscill...de_Van_der_Pol), on peut voir un diagramme un peu particulier. Il s'agit d'une représentation du système dans ce qu'on appelle l'espace des phases. L'article ici est bien plus complet et montre le changement radical que connait le système en fonction de la valeur du paramètre "epsilon" : http://www.tangentex.com/VanDerPol.htm
.

Voilà la façon énergétique et entropique de présenter cela
Prenons une pendule (avec frottement interne), soumis à un flux d’énergie. L’énergie d’entrée est mécanique donc d’entropie faible. Le flux de sortie est de la chaleur (entropie max. par rapport à l’air du temps. Quand la structure pendule est stabilisé l’énergie interne dans la structure correspond aux échanges potentiel/cinétique du pendule qui peuvent mettre en cause des puissances beaucoup plus grande que la puissance contenu dans le flux qui traverse la structure et qui correspond à la puissance due aux frottements (nécessaire quand le mouvement de la pendule est stable). Pour les techniciens, la puissance du pendule s’appelle puissance réactive, pour la distinguer de la puissance correspondant au flux traversant que l’on appelle puissance active, car dans l’exemple c’est cette dernière qui modifie le milieu extérieure. Dans la structure, l’énergie (du balancement) à une entropie faible (Elle est mécanique et pourrait interférer efficacement avec le milieu extérieur par exemple pour atteindre un autre équilibre). Par contre le flux traversant voit son entropie augmenter fortement (mécanique --> thermique)
-----

[Sethy]

Bonjour,

Il y a un peu plus de 3 ans, on avait discuté sur Futura d’un article, mentionné à l’époque par Tannhauser.

Il s’agissait d’un article d’Ilya Prigogine intitulé "La thermodynamique de la vie" et publié pour la première fois dans l’édition de juin 1972 (n° 24) du magazine La Recherche et à nouveau dans une édition spéciale de ce même magazine, en mai 2000.

Je me rappelle que j’avais trouvé le rapport entre le développement de structures dissipatives et le lien qui peut être fait entre ces dernières et le fonctionnement aussi bien que le problème de l’apparition de la vie finalement assez nuancé.

Malheureusement, la version intégrale de ce texte n’est plus disponible gratuitement à la lecture.

- Inevitable Life? (~53 min.)

Cordialement.

Je réponds déjà à cette première partie du message.

La vidéo est très intéressante et elle m'évoque une conférence du Pr. De Duve (Prix Nobel de médecine et de physiologie pour la découverte des lysosomes et des peroxysomes) à laquelle j'avais pu assister, étudiant.

Celui-ci y défendait la thèse que contrairement à l'idée alors reçue que la vie était née d'une événement unique dont la probabilité était infinitésimale, il soutenait qu'elle était le résultat d'une suite d'étape très probables mais dont le nombre rendait finalement l'ensemble du processus improbable (pour parler en terme mathématique, la limite pour (1-alpha)^n pour n tendant vers l'infini vaut 0 si alpha est lui même différent de zéro, donc même si un événement à 99% de chance de se produire, s'il doit s'en produire 1000 à la suite, la probabilité n'est que de 0,004%).

Je ne me souviens plus de tous les détails, mais il prenait l'exemple du lien thioester présent dans l'Acetyl-Coenzyme A. Certes à "nos" températures, pression et pH, il faut des catalyseurs pour créer ou rompre cette liaison mais à 100°C, pH 0, la liaison est incroyablement plus labile. Et il présentait un faisceau de preuve pour appuyer son discours.

[Sethy]

Bonjour,

J'oubliais. Par curiosité personnelle, as-tu choisi Geb en référence au dieu égyptien ?

[Geb]

La vidéo est très intéressante et elle m'évoque une conférence du Pr. De Duve (Prix Nobel de médecine et de physiologie pour la découverte des lysosomes et des peroxysomes) à laquelle j'avais pu assister, étudiant.

La seule conférence de de Duve que j'ai pu entendre est aussi la seule que j'ai pu trouver sur YouTube :

Les origines de la vie (2005, ~52 min. avec la séance de questions)

Je l'avais trouvée trop générale, banale, voire inintéressante malheureusement.

Celui-ci y défendait la thèse que contrairement à l'idée alors reçue que la vie était née d'une événement unique dont la probabilité était infinitésimale, il soutenait qu'elle était le résultat d'une suite d'étape très probables mais dont le nombre rendait finalement l'ensemble du processus improbable (pour parler en terme mathématique, la limite pour (1-alpha)^n pour n tendant vers l'infini vaut 0 si alpha est lui même différent de zéro, donc même si un événement à 99% de chance de se produire, s'il doit s'en produire 1000 à la suite, la probabilité n'est que de 0,004%).

Il est trop tôt pour réfléchir en termes de probabilité en ce qui concerne les processus physico-chimiques qui auraient pu contribuer à l'émergence de la vie. On ne pourra raisonnablement le faire avec un tant soit peu de rigueur que lorsqu'on sera parvenu à reproduire l'émergence de la vie en laboratoire. Beaucoup des chercheurs qui ont tenu des propos probabilistes dans la littérature scientifique ou ailleurs (Jacques Monod, Francis Crick, Fred Hoyle, etc.) n'ont pas fait progresser le champ de recherche de l'origine de la vie d'un yota en spéculant de la sorte. Christian de Duve n'a d'ailleurs repris ce discours probabiliste que pour défendre une hypothèse totalement opposée au discours de Monod. Christian de Duve est le chantre de l'idée que la vie serait un "impératif cosmique".

D'ailleurs, pour dépasser les discours probabilistes, j'estime qu'une compréhension plus fine des phénomènes vitaux, permise par des techniques d'observation in vivo utilisées en microscopie à fluorescence (redistribution de fluorescence après photoblanchiment, la perte de fluorescence induite par photoblanchiment, le transfert d'énergie entre molécules fluorescentes, etc.), ou d'autres méthodes d'observation des micro-organismes in vivo (dont la plus prometteuse à mes yeux est sans doute la spectroscopie neutronique à écho de spin) est absolument essentielle. Le changement de paradigme avancé par Alexeï Kourakine et les chercheurs qu'ils citent dans ses passages en revue de la littérature scientifique est selon moi particulièrement intéressant dans ce contexte.

Je ne me souviens plus de tous les détails, mais il prenait l'exemple du lien thioester présent dans l'Acetyl-Coenzyme A. Certes à "nos" températures, pression et pH, il faut des catalyseurs pour créer ou rompre cette liaison mais à 100°C, pH 0, la liaison est incroyablement plus labile. Et il présentait un faisceau de preuve pour appuyer son discours.

Christian de Duve a ceci d'intéressant qu'il fait partie de la liste relativement longue de scientifiques qui se sont intéressés à l'origine de la vie d'un point de vue expérimental après avoir obtenu un Prix Nobel.

Selon ses propres termes (lire le passage aux pages 8254-55 de de Duve, 1987 reproduit ci-dessous), le Prix Nobel Christian de Duve (1917-2013) n'a pas été le premier à attirer l'attention sur l'éventuelle importance des thioesters dans le contexte de l'origine de la vie :

There is much to be said for the participation of thioesters in primitive activation mechanisms, a view already expressed by Lars Onsager [quoted by Lipmann (14)]. The thioester bond occupies a central place in biochemistry. It is at the root of substrate-level phosphorylation, presumably the oldest form of metabolic ATP regeneration. It is the precursor of virtually all acyl ester bonds and of many carbon-carbon bonds, as in fatty acids, Krebs-cycle intermediates (through citrate), porphyrins (through 5-aminolevulinate), and the vast terpenoid-steroid family (through mevalonate). Even more suggestive, it is also the precursor of some acyl-amino bonds found, for example, in amino acid conjugates and in those possible vestigial products, the stereochemically mixed peptides gramicidin S and tyrocidin. In the synthesis of all these compounds, the phosphate ester of pantetheine, which is itself an interesting hybrid that could also have an ancient history, serves as universal acyl carrier. It does so as such (fatty acids, peptides) or as part of coenzyme A, possibly a later invention developed when ATP came on the scene. The suggestion by Lipmann (11, 14) that pantetheine-dependent peptide synthesis may have preceded the RNA-dependent mechanism certainly deserves serious consideration. As intimated here, it could go back to prebiotic times.
If there is any truth to the above speculation, one would tend to look for a H2S-rich medium as the site of abiotic assembly processes. Such an environment remains the choice ecological niche of many microorganisms today, including a number of archaebacteria. It could well have been more widespread on a young planet subject to intense volcanic activity.

En cela, il fut donc précédé par le Prix Nobel Fritz Lipmann (1899-1986), lui-même précédé du Prix Nobel Lars Onsager (1903-1976). Voir par exemple :

- Life in the Early Days (Onsager, 1974)
- The search for remnants of early evolution in present-day metabolism (Lipmann, 1975)

Par curiosité personnelle, as-tu choisi Geb en référence au dieu égyptien ?

En un mot : oui.

Cordialement.

[yvon l]

Bonjour,
Pour revenir sur la structure dissipative et son aspect informationnelle je vous invite à écouter la conférence du chimiste JM LEHN:
https://www.youtube.com/watch?v=BbNT2NgO9Xw

[Sethy]

Pour ma part, je pense que Prigogine était un bon début mais qu'évidemment, on a beaucoup progressé dans la compréhension de la dynamique énergétique du vivant. Par exemple, j'aime beaucoup l'approche recommandée par Tom Misteli (Misteli, 2001), Marcello Barbieri (Barbieri, 2002), Alexeï Kourakine (à son propos, voir aussi ici) ou Daniel Nicholson (Nicholson, 2013) depuis le début des années 2000, quant à la compréhension du fonctionnement physico-chimique détaillé des êtres vivants.

Je réponds à la seconde partie de ce message d'avant hier. J'ai lu (rapidement) les diverses références.

Elles sont intéressantes mais elles s'éloignent (me semble-t-il) du sujet que je me proposais de discuter dans ce fil.

Je ne cherche pas particulièrement à parler du processus de création de la vie en lui même (succession d'étape), mais plutôt de caractériser ce qu'est la vie.

Dans l'introduction de l'article de "La Recherche" que tu citais, la question est en quelque sorte posée : "Or la multiplication de structures hautement ordonnées paraît incompatible avec le deuxième principe de la thermodynamique (...)".

Dans mes cours de biologie, jamais on n'a parlé de ce qu'était la vie. Que la chimie des êtres-vivants s'expliquaient, certes. Qu'ils étaient contingentés par les lois de la physique, certes. Mais jamais on n'a évoqué ce qu'était la vie comme si ce point sortait de la biologie et devait forcément être traité ailleurs.

Or ici, justement, il y a une théorie qui résout les apparentes contradictions et elle ne semble intéresser que peu de monde. Et c'est ça, que je ne comprends pas. Pourquoi ? Ou alors si c'est pour en discuter, c'est souvent pour "casser" plutôt que pour "construire".

Si je prends le forum de physique de Futura par exemple, chaque mois, il y a des dizaines de nouveaux sujets qui traitent de la relativité (mais bon qui voyage régulièrement autour d'un trou noir ou à une vitesse quasi-luminique ?) ou de la mécanique quantique (là aussi, qui a une taille qu'on ne peut voir à l'oeil nu ?). Des questions sur la thermodynamique de non équilibre font long feu.

Jusqu'ici, j'ai volontairement évité de parler de l'autre approche de cette matière, la théorie du chaos, chère aux anglo-saxons. La raison est que cette approche bien que très intéressante (les diagrammes dans l'espace des phases par exemple) est (me semble-t-il) tournée en ridicule par l'effet papillon.

[Amanuensis]

Ou alors si c'est pour en discuter, c'est souvent pour "casser" plutôt que pour "construire".

Ben oui... Et quand je propose quelque chose qui va dans le même sens que proposé, mais essaye de le mettre en perspective, c'est «cassé».

Si je prends le forum de physique de Futura par exemple, chaque mois, il y a des dizaines de nouveaux sujets qui traitent de la relativité (mais bon qui voyage égulièrement autour d'un trou noir ou à une vitesse quasi-luminique ?)

Un vrai problème. Si on compare le forum avec un jardin, la relativité est une adventice qu'il faut continuellement contrôler. Les belles plantes comme la thermodynamique hors équilibre sont à protéger et bichonner ; les traiter avec soin si on ne veut pas qu'elles dépérissent immédiatement.

[Sethy]

Oui, je connaissais. Je soulignais juste que le conflit était immédiatement visible, entre la phrase ici et le titre de la discussion ancienne. C'est ce qui m'a fait réagir d'entrée.

Perso je pense que s'occuper de l'effet sur la vitesse de production d'entropie n'est pas la bonne voie pour la vie.

Le temps l'établissement d'un régime stationnaire (en fait périodique de par la rotation et la révolution de la Terre) est assez apparent pour le système climatologique principal. Mais on peut penser qu'il est infini pour le compartiment biologique. En tout cas, on constate que le compartiment biologique a profondément changé au cours des millions d'années. (Et l'humanité, qu'on doit inclure avec ses éléments «artificiels» si ce n'est dans «la vie» mais au moins dans un système incluant aussi le biologique, ne fait que compliquer le sujet.)

Faisons alors fi de tout ce qui suit l'apparition des premières cellules vivantes. Vous dites que l'approche de la production d'entropie n'est pas la bonne mais quelle est votre alternative ?

N'hésitez pas à utiliser de quelques équations pour que je puisse mieux sentir, soit la limite de la théorie de Prigogine, soit l'alternative que vous proposez.

[Sethy]

La seule conférence de de Duve que j'ai pu entendre est aussi la seule que j'ai pu trouver sur YouTube :

Les origines de la vie (2005, ~52 min. avec la séance de questions)

Je l'avais trouvée trop générale, banale, voire inintéressante malheureusement.

A l'époque, il avait donné un cycle de 4 conférences de 2h chacune dans le cadre de mon institution universitaire.

Il est trop tôt pour réfléchir en termes de probabilité en ce qui concerne les processus physico-chimiques qui auraient pu contribuer à l'émergence de la vie. On ne pourra raisonnablement le faire avec un tant soit peu de rigueur que lorsqu'on sera parvenu à reproduire l'émergence de la vie en laboratoire. Beaucoup des chercheurs qui ont tenu des propos probabilistes dans la littérature scientifique ou ailleurs (Jacques Monod, Francis Crick, Fred Hoyle, etc.) n'ont pas fait progresser le champ de recherche de l'origine de la vie d'un yota en spéculant de la sorte. Christian de Duve n'a d'ailleurs repris ce discours probabiliste que pour défendre une hypothèse totalement opposée au discours de Monod. Christian de Duve est le chantre de l'idée que la vie serait un "impératif cosmique".
D'ailleurs, pour dépasser les discours probabilistes, j'estime qu'une compréhension plus fine des phénomènes vitaux, permise par des techniques d'observation in vivo utilisées en microscopie à fluorescence (redistribution de fluorescence après photoblanchiment, la perte de fluorescence induite par photoblanchiment, le transfert d'énergie entre molécules fluorescentes, etc.), ou d'autres méthodes d'observation des micro-organismes in vivo (dont la plus prometteuse à mes yeux est sans doute la spectroscopie neutronique à écho de spin) est absolument essentielle. Le changement de paradigme avancé par Alexeï Kourakine et les chercheurs qu'ils citent dans ses passages en revue de la littérature scientifique est selon moi particulièrement intéressant dans ce contexte.

Comme je l'ai écrit, ce qui m'intéresse (dans cette discussion) c'est plus la "case" dans laquelle on peut mettre le processus "vie" que le parcours que la vie a suivi sur terre lors de son émergence.

Néanmoins, je découvre ce pan de recherche que je ne connaissais absolument pas.

Christian de Duve a ceci d'intéressant qu'il fait partie de la liste relativement longue de scientifiques qui se sont intéressés à l'origine de la vie d'un point de vue expérimental après avoir obtenu un Prix Nobel.

Selon ses propres termes (lire le passage aux pages 8254-55 de de Duve, 1987 reproduit ci-dessous), le Prix Nobel Christian de Duve (1917-2013) n'a pas été le premier à attirer l'attention sur l'éventuelle importance des thioesters dans le contexte de l'origine de la vie :

En cela, il fut donc précédé par le Prix Nobel Fritz Lipmann (1899-1986), lui-même précédé du Prix Nobel Lars Onsager (1903-1976). Voir par exemple :

- Life in the Early Days (Onsager, 1974)
- The search for remnants of early evolution in present-day metabolism (Lipmann, 1975)

Dans mon souvenir, il ne revendiquait aucune paternité sur l'exemple des thioesthers que j'ai cité. C'est juste l'un des éléments qu'il utilisait pour étayer sa thèse (multitude d'étape hautement probable plutôt qu'un acte unique fortuit).

Je ne savais pas pour Lars Onsager mais d'ailleurs, Prigogine utilise la relation de réciprocité découverte pas Onsager dans sa théorie (et accessoirement la démonstration de cette relation fut notre question d'examen sur cette matière .

[Sethy]

Ben oui... Et quand je propose quelque chose qui va dans le même sens que proposé, mais essaye de le mettre en perspective, c'est «cassé».

Je laisse le soin aux lecteurs de juger.

Néanmoins, je maintiens qu'en tant qu'initiateur de ce sujet, il me revenait tant le droit que l'obligation de préciser la différence de sémantique dans votre acceptation du sujet.

Un vrai problème. Si on compare le forum avec un jardin, la relativité est une adventice qu'il faut continuellement contrôler. Les belles plantes comme la thermodynamique hors équilibre sont à protéger et bichonner ; les traiter avec soin si on ne veut pas qu'elles dépérissent immédiatement.

Pour la petite histoire, un de mes profs qui avaient eu Prigogine comme prof nous racontait qu'à l'époque déjà, il était traité avec condescendance par ses pairs.

Bien sûr, c'était avant son prix Nobel.

D'ailleurs Prigogine lui même l'évoque dans une anecdote. Lorsqu'il a défendu sa thèse face à un "ponte" allemand de la thermodynamique, celui-ci c'est levé et s'est écrié : "Transit !'. Comme si les phénomènes transitoires n'avaient aucun intérêt.

[yvon l]

Quelques réflexions concernant le lien entre une structure dissipative et l’information dans le cadre de l’informatique (c’est plus simple pour moi que la biologie)
la structure est un ordinateur.
Soit Ei l’énergie empruntée par un ordinateur pour son fonctionnement (électrique).
Soit Es l’énergie dissipé par ce dernier. Es est de l’énergie thermique donc de forte entropie
L’ordinateur est considéré comme une structure dissipative traversée, pour son fonctionnement par un flux d’énergie Ei → Es
Tout d’abord, je considère une structure mémoire réduite à un petit condensateur pouvant emmagasiner un bit d’information. Pour faire passer la structure de 0 vers 1 par exemple, il faut emprunter à Ei une énergie de CU². Une moitié va être empruntée par la structure (1/2CU²) (énergie potentielle), l’autre moitié va être dissipée vers Es .
Quand on veut passer de 1 vers 0, il faut évacuer l’énergie dans le condensateur, en la dissipant via Es. Résultat final: pour faire 0-1-0: la structure aura dissiper CU².
On peut postuler qu’à la mise sous tension, tous les bits que constitue la mémoire sont dans l’état le plus probable 50% à l’état 1 et les autres 50% à l’état 0.
Un petit programme, sous la houlette d’un algorithme, décide de placer par exemple tous les bits de la mémoire à 1 (macroscopiquement on diminue l’entropie dans la structure (car on diminue le désordre dans la structure)). Pour cela il faudra que la structure emprunte une certaine énergie au flux traversant : une moitié pour la structure, l’autre moitié se retrouvant dans le flux de sortie sous forme de chaleur.
En résumé, l’ordinateur est une structure dissipative qui emprunte et dissipe de l’énergie dans son environnement. Cette structure auto-organise (diminue son entropie interne en augmentant l’entropie de l’environnement).
Dans ce modèle le programme lui-même est la partie de la structure qui dialogue avec l’environnement (par exemple pour une auto adaptation à un problème).
Que pensez-vous de ce modèle (pédagogique) ?

[Geb]

J'ai lu (rapidement) les diverses références.

Elles sont intéressantes mais elles s'éloignent (me semble-t-il) du sujet que je me proposais de discuter dans ce fil.

Je ne cherche pas particulièrement à parler du processus de création de la vie en lui même (succession d'étape), mais plutôt de caractériser ce qu'est la vie.

Dans l'introduction de l'article de "La Recherche" que tu citais, la question est en quelque sorte posée : "Or la multiplication de structures hautement ordonnées paraît incompatible avec le deuxième principe de la thermodynamique (...)".

Dans mes cours de biologie, jamais on n'a parlé de ce qu'était la vie. Que la chimie des êtres-vivants s'expliquaient, certes. Qu'ils étaient contingentés par les lois de la physique, certes. Mais jamais on n'a évoqué ce qu'était la vie comme si ce point sortait de la biologie et devait forcément être traité ailleurs.

Or ici, justement, il y a une théorie qui résout les apparentes contradictions et elle ne semble intéresser que peu de monde. Et c'est ça, que je ne comprends pas. Pourquoi ? Ou alors si c'est pour en discuter, c'est souvent pour "casser" plutôt que pour "construire".

À la fin des années 1960, les biologistes (et plus particulièrement la biologie moléculaire), envisageaient une cellule vivante sous l'angle des macromolécules qui la constituent. Or, il y a d'autres façons d'envisager la compréhension des êtres vivants, parmi lesquelles l'angle des flux de matières et d'énergie.

Ce qu'a fait Prigogine, à travers ses travaux sur les structures dissipatives, c'est de s'intéresser à l'origine et au maintien, à l'intérieur d'une cellule, de l'ordre général d'une part et des structures moléculaires d'autre part. Aussi, à travers cette réflexion en terme de flux, il y avait la question du déroulement dans le temps de l'organisation cellulaire (par exemple, la séquence et la durée des flux de matière et d'énergie) et la question de l'organisation spatiale (par exemple, comment et où les flux se diffusent dans la cellule ?).

C'est la raison pour laquelle je me suis permis ici un prolongement direct de Prigogine à Alexeï Kourakine (pour ne citer que lui) : parce qu'il aborde, sous l'angle des flux de matière et d'énergie, les notions de déroulement temporel et d'organisation spatiale menant à la formation et au maintien de certains organites cellulaires (eucaryotes pour l'immense majorité).

En somme, comme je l'ai déjà dit par ailleurs, Prigogine et ses structures dissipatives, c'était et ça reste un bon début, un cadre conceptuel. Mais aujourd'hui, dans cette réflexion en matière de flux, on est beaucoup plus loin dans l'analyse, à travers la notion, entre autres, d'auto-organisation, y compris dans le cas des différents organites cellulaires.

Ces réflexions thermodynamiques et leur influence sur le fonctionnement dans le détail des organites, ainsi que l’interaction continuelle de leurs constituants respectifs, conduisent à une image du fonctionnement interne de la cellule très éloigné de celui de l'ingénieur, de la « machine extrêmement complexe et parfaite », si cher aux créationnistes. On traite plutôt du rôle des fluctuations, de la diffusion, des erreurs de parcours, du "bruit" (notamment ce qu'on pourrait appeler le "bruit thermique"). On ne peut raisonnablement plus se représenter les organites et autres assemblages macromoléculaires comme des usines de recyclage, des autoroutes, des chaînes d'assemblage, des centrales électriques ou que sais-je encore, mais « comme des flux qui s'auto-organisent, ou des organisations dynamiques en constante évolution de composants en interaction » (“as self-organizing fluxes or everevolving and dynamic organizations of interacting components” ; Kurakin, 2004).

Non seulement, d'après Kourakine, on aura moins de mal à expliquer ce qu'est la vie, ce qu'elle fait, comment elle se maintient, avec une telle approche, mais de plus, certains chercheurs sont convaincus qu'on aura également moins de mal à envisager des formes de vie moins complexes et pourquoi pas, à découvrir le scénario de l'origine de la vie sur la Terre.

Dans son article de juin 1972, Prigogine distingue les deux problèmes (« Est-ce que des structures dissipatives jouent un rôle dans le fonctionnement actuel des êtres vivants ? Cette question concerne donc le rôle des structures dissipatives dans le maintien de la vie », « Est-ce que les structures dissipatives ont participé de manière essentielle dans les stades pré-biologiques ? C'est le problème de l'origine de la vie »), mais envisage la thermodynamique hors d'équilibre, à travers le concept de structures dissipatives, comme un moyen d'aborder les deux problèmes.

En passant, on voit qu'à ta question « La vie est-elle une structure dissipative ? », on pourrait répondre que considérer les formes de vie terrestres en elles-mêmes comme des structures dissipatives, c'est plutôt approximatif, ou en d'autres termes moins négatifs, c'est une bonne approximation. Cela dit, on peut raisonnablement penser, selon Prigogine, qu'elles jouent effectivement un rôle dans le fonctionnement des êtres vivants actuels.

Cordialement.

[Sethy]

Quelques réflexions concernant le lien entre une structure dissipative et l’information dans le cadre de l’informatique (c’est plus simple pour moi que la biologie)
la structure est un ordinateur.
Que pensez-vous de ce modèle (pédagogique) ?

Tout d'abord, les aspects pédagogiques de la question ne m'ont pas échappé. Déjà en 2004, j'avais réfléchi à une manière d'introduire ces idées.


Pour ce qui est de l'entropie en elle-même, le meilleur moyen selon moi, c'est de partir de l'entropie statistique. Si on mélange 2 atomes de colorant et 2 atomes d'eau dans un récipient carré de 2x2, il y a après le mélange 6 combinaisons possibles alors qu'il y en avait 1 seule au départ :


XO > XO XX OX OO XO OX
XO > XO OO XO XX OX XO


Avec 8 atomes en tout, il y en a déjà 70 et avec seulement 64, il y en a plus de 10¹⁸. Pour information, depuis le bigbang, il ne s'est écoulé que la moitié de secondes ... (5x10¹⁷).


Par contre, je butte sur la suite, le lien avec la thermodynamique plus classique.


Pour revenir au débat, toute structure qui dissipe n'est pas une structure dissipative. Une machine thermique, électrique ou une réaction chimique n'est pas forcément le siège de l'apparition de telles structures. Il faut impérativement deux conditions :
1) un fonctionnement en mode normal,à l'équilibre ou proche de celui-ci
2) un paramètre clé qui poussé au delà d'un certain seuil fait brutalement changer la structure du système (brisure de symétrie).

Si je reprends les exemples vus jusqu'ici, il est facile d'identifier ces 2 modes de fonctionnements :

Chimique :
1) réaction non oscillante, évolution continue des vitesses de réactions,
2) concentration en l'un des composé (voir le lien du Lycée Faidherbe de Lille, y chercher le paramètre f qui conduit à ce que le système oscille ou pas pour certaines valeurs).

Electronique :
1) oscillateur de van der Pol qui décrit un cycle limite circulaire dans l'espace des phases
2) valeur du paramètre epsilon qui induit une brisure de symétrie

C'est en cela que je ne vois pas l'apport d'un système comme l'ordinateur, qui est très complexe, programmé et construit par l'homme et où il me semble très difficile de pouvoir montrer de manière indubitable, d'un point de vue pédagogique, les 2 modes de fonctionnement.

[Sethy]

C'est la raison pour laquelle je me suis permis ici un prolongement direct de Prigogine à Alexeï Kourakine (pour ne citer que lui) : parce qu'il aborde, sous l'angle des flux de matière et d'énergie, les notions de déroulement temporel et d'organisation spatiale menant à la formation et au maintien de certains organites cellulaires (eucaryotes pour l'immense majorité).

Je l'ai écrit, c'était très intéressant et je ne connaissais pas. Je ne voulais pas "brider" la discussion mais clairement identifier les limites (je pense là aux lecteurs).

Ces réflexions thermodynamiques et leur influence sur le fonctionnement dans le détail des organites, ainsi que l’interaction continuelle de leurs constituants respectifs, conduisent à une image du fonctionnement interne de la cellule très éloigné de celui de l'ingénieur, de la « machine extrêmement complexe et parfaite », si cher aux créationnistes. On traite plutôt du rôle des fluctuations, de la diffusion, des erreurs de parcours, du "bruit" (notamment ce qu'on pourrait appeler le "bruit thermique"). On ne peut raisonnablement plus se représenter les organites et autres assemblages macromoléculaires comme des usines de recyclage, des autoroutes, des chaînes d'assemblage, des centrales électriques ou que sais-je encore, mais « comme des flux qui s'auto-organisent, ou des organisations dynamiques en constante évolution de composants en interaction » (“as self-organizing fluxes or everevolving and dynamic organizations of interacting components” ; Kurakin, 2004).

Non seulement, d'après Kourakine, on aura moins de mal à expliquer ce qu'est la vie, ce qu'elle fait, comment elle se maintient, avec une telle approche, mais de plus, certains chercheurs sont convaincus qu'on aura également moins de mal à envisager des formes de vie moins complexes et pourquoi pas, à découvrir le scénario de l'origine de la vie sur la Terre.

Est-ce que selon toi, le cancer pourrait être une forme de structure dissipative ?

Nous avons un système, un être vivant, maintenu loin de l'état d'équilibre et en son sein apparait de nouvelles structures qui produisent de l'entropie.

Dans son article de juin 1972, Prigogine distingue les deux problèmes (« Est-ce que des structures dissipatives jouent un rôle dans le fonctionnement actuel des êtres vivants ? Cette question concerne donc le rôle des structures dissipatives dans le maintien de la vie », « Est-ce que les structures dissipatives ont participé de manière essentielle dans les stades pré-biologiques ? C'est le problème de l'origine de la vie »), mais envisage la thermodynamique hors d'équilibre, à travers le concept de structures dissipatives, comme un moyen d'aborder les deux problèmes.

Merci d'avoir fait l'exercice de bien repréciser la limite entre les deux approches.

[yvon l]

...
1) un fonctionnement en mode normal,à l'équilibre ou proche de celui-ci
2) un paramètre clé qui poussé au delà d'un certain seuil fait brutalement changer la structure du système (brisure de symétrie).

Si je reprends les exemples vus jusqu'ici, il est facile d'identifier ces 2 modes de fonctionnements :

Chimique :
1) réaction non oscillante, évolution continue des vitesses de réactions,
2) concentration en l'un des composé (voir le lien du Lycée Faidherbe de Lille, y chercher le paramètre f qui conduit à ce que le système oscille ou pas pour certaines valeurs).

Electronique :
1) oscillateur de van der Pol qui décrit un cycle limite circulaire dans l'espace des phases
2) valeur du paramètre epsilon qui induit une brisure de symétrie

C'est en cela que je ne vois pas l'apport d'un système comme l'ordinateur, qui est très complexe, programmé et construit par l'homme et où il me semble très difficile de pouvoir montrer de manière indubitable, d'un point de vue pédagogique, les 2 modes de fonctionnement.

Pour moi, les systèmes oscillants sont dans ce cas une des manifestations relativement simples que le système est bien bouclé et que cette boucle est dans un cas particulier appelé «auto-oscillation»(brisure récurrente) . Cette oscillation, suivant l’application peut être voulue ou au contraire la conséquence d’un mauvais fonctionnement du système.

Pour moi une structure dissipative ne peut apparaître que dans le cadre d’un flux d’énergie et éventuellement de matière .De plus pour se structurer, il faut des transferts informationnels entre la structure et l’environnement dans laquelle elle s’élabore et se maintient (en plus que le flux d’énergie/matière qui la traverse). Par contre, dans une structure dissipative, on peut trouver des plus petites structures dissipatives (filles), pour laquelle l’environnement est la structure dissipative «mère». le flux énergie qui traverse la structure augmente l’entropie de l’énergie qui la traverse (en quelque que sorte pour diminuer son entropie interne).
Dans ces considérations la diminution d’entropie est intimement lié à l’apparition d’informations. Quand l’entropie augmente, systématiquement vous perdez de l’information.Dans l’exemple que vous citez, au fur et à mesure du mélange, vous perdez des informations (position par exemple) au niveau macroscopique (niveau où on parle d’entropie), ce qui se traduit par une description plus complexe.
L’exemple d’une mémoire vive (ram) d’ordinateur permet une approche semi-microscopique de ces phénomènes. Quand l’information dans la mémoire est déstructurée son entropie est maximale et pourrait se représenter par une image complexe avec par exemple ses bits représentés par des points noirs ou blancs. Par contre un programme peut structurer la mémoire et sa représentation (diminution d’entropie). l’exécution du programme nécessitant un flux traversant .
Pour illustrer, si mon ordinateur pilote un processus, par exemple maintenir la température d’un corps en pilotant la puissance que fournit un radiateur, l’ensemble radiateur et ordinateur est une structure dissipative «mère» , l’ordinateur étant un élément fille.
Le flux entrant est de l’énergie électrique et le flux de sortie de l’énergie thermique . Le système informationnelle Mère /fille est assuré par un thermostat . Le traitement de l’information est assuré par la structure fille, qui renvoie l’information . (augmenter/diminuer la puissance) à la structure mère (contacteur thyristor…).

Voir aussi le message #7 dans http://forums.futura-sciences.com/de...econdaire.html

[Sethy]

L’exemple d’une mémoire vive (ram) d’ordinateur permet une approche semi-microscopique de ces phénomènes. Quand l’information dans la mémoire est déstructurée son entropie est maximale et pourrait se représenter par une image complexe avec par exemple ses bits représentés par des points noirs ou blancs. Par contre un programme peut structurer la mémoire et sa représentation (diminution d’entropie). l’exécution du programme nécessitant un flux traversant .

J'avoue que je ne suis pas convaincu.

J'aimerais cependant une précision, dans le modèle que vous proposez, y a-t-il une différence entre mettre tous les bits à la valeur 0, de les mettre tous à la valeur 1 ou de mettre les bits à d'autres valeurs par un programme ?

Est-ce que cela consomme plus ou moins d'énergie, y a-t-il d'autres différences ?

Attention, je joue franc jeu : c'est une question piège.

Pour illustrer, si mon ordinateur pilote un processus, par exemple maintenir la température d’un corps en pilotant la puissance que fournit un radiateur, l’ensemble radiateur et ordinateur est une structure dissipative «mère» , l’ordinateur étant un élément fille.
Le flux entrant est de l’énergie électrique et le flux de sortie de l’énergie thermique . Le système informationnelle Mère /fille est assuré par un thermostat . Le traitement de l’information est assuré par la structure fille, qui renvoie l’information . (augmenter/diminuer la puissance) à la structure mère (contacteur thyristor…).

Ici, effectivement, on se rapproche plus d'un système asservi et si on pousse on va arriver à des mécanismes comme ceux de l'oscillateur précédemment évoqué.

[yvon l]

…
J'aimerais cependant une précision, dans le modèle que vous proposez, y a-t-il une différence entre mettre tous les bits à la valeur 0, de les mettre tous à la valeur 1 ou de mettre les bits à d'autres valeurs par un programme ?

Est-ce que cela consomme plus ou moins d'énergie, y a-t-il d'autres différences ?

Dans le cas des RAMs actuelles, la consommation est pour moi la même. Par contre la théorie actuelle nous indique qu’il faut dépenser de l’énergie quand on efface la cellule uniquement.Mais cela ne change rien au principe

[yvon l]

Suite… Dans un cas on accumule de l’énergie potentielle dans un condensateur, dans l’autre cas on l’évacue . (voir #41 pour le détail)

[Sethy]

Dans le cas des RAMs actuelles, la consommation est pour moi la même. Par contre la théorie actuelle nous indique qu’il faut dépenser de l’énergie quand on efface la cellule uniquement.Mais cela ne change rien au principe

Et qu'en est-il du point de vue de l'entropie et de l'entropie globale ?

[yvon l]

Et qu'en est-il du point de vue de l'entropie et de l'entropie globale ?

L’entropie est un concept macroscopique qui dépend de l’observateur, CAD subjectif. Elle est liée à la méconnaissance par l’observateur des états microscopiques de l’objet étudié.
Prenons donc par exemple la représentation en mémoire d’une image. Celle-ci (ou sa représentation) a une certaine entropie liée à sa complexité. À une compétitivité élevée correspond une forte entropie liée une information complexe nécessitant beaucoup de bits d’informations pour la décrire.
Un programme de traitement d’images pourra réduire la quantité d’informations nécessaires pour obtenir l’image. À ce nombre de bits moindres correspond une information plus efficace donc à une entropie moindre. Attention le programme fait partie de la représentation.

[Flyingbike]

On s'éloigne de plus en plus du sujet initial, qui déjà flirtait bien avec le point 6 de la charte

Ce fil est donc sous haute surveillance.

Bonne soirée

[yvon l]

2 liens concernant information – entropie
https://uma.ensta-paristech.fr/conf/...publi.utls.pdf
https://www.canal-u.tv/video/univers...issitudes.1091

[Sethy]

On s'éloigne de plus en plus du sujet initial, qui déjà flirtait bien avec le point 6 de la charte

Ce fil est donc sous haute surveillance.

Bonne soirée

Merci pour l'avertissement.

BTW, très belle signature ... j'ai failli mettre une vidéo du Pr. Malcolm dans l'hélicoptère puisqu'il y parle d'attracteur étrange et d'évolution des systèmes dans l'espace des phases.

[Sethy]

2 liens concernant information – entropie
https://uma.ensta-paristech.fr/conf/...publi.utls.pdf
https://www.canal-u.tv/video/univers...issitudes.1091

Je connaissais les notions d'entropie de Shannon et d'entropie de l'information, mais seulement de nom. Je n'ai jamais étudié ces théories.

En cherchant un peu, je suis tombé sur ce paragraphe de la page wiki (https://en.wikipedia.org/wiki/Entrop...mation_theory)) consacrée à l'entropie de l'information, paragraphe que je recopie (j'omets volontairement la suite car en thermodynamique statistique, les probabilités ont leur importance) :

"At an everyday practical level the links between information entropy and thermodynamic entropy are not evident. Physicists and chemists are apt to be more interested in changes in entropy as a system spontaneously evolves away from its initial conditions, in accordance with the second law of thermodynamics, rather than an unchanging probability distribution. And, as the minuteness of Boltzmann's constant kB indicates, the changes in S / kB for even tiny amounts of substances in chemical and physical processes represent amounts of entropy that are extremely large compared to anything in data compression or signal processing. (...)".

En substance, ce paragraphe précise que les ordres de grandeurs des phénomènes étudiés par les chimistes et les physiciens (exprimés en ratio de S l'entropie sur kB la constante de Boltzman qui vaut à peu près 1,4x10^-23 avec les unités de R/N, la constante des gaz parfait divisé par le nombre d'Avogadro) sont extrêmement grand, même pour des variations minimes comparées aux ordre de grandeurs qui entrent en jeu dans la théorie de l'information et que donc dans la physique de tous les jours, le lien entre les deux approches n'est pas évident.

Dans ces conditions et puisque j'ai initié ce fil en partant du point de vue des physiciens et des chimistes, je propose de s'en tenir aux conceptions habituelles de la thermodynamique (qu'elle soit classique ou statistique bien sûr) et de ne pas traiter la question du point de vue de la théorie de l'information (mais qui peut trouver sa place dans un autre sujet bien sûr).

[minushabens]

Sethy souhaitait connaître le point de vue des biologistes mais j'ai l'impression qu'aucun biologiste ne lui a répondu. Je ne donnerai pas mon point de vue sur la question, n'étant pas biologiste et de plus ignorant totalement ce qu'est une structure dissipative. J'ai l'impression que les biologistes ne se sentent pas très concernés par les question théoriques de ce genre. De même ils ne semblent pas s'intéresser beaucoup aux origines de la vie, ce sont plutôt des chimistes qui travaillent sur ce sujet. Quelque-part la chimie la plus compliquée doit rejoindre la biologie la plus simple donc ce n'est sans-doute pas anormal que la question titille plutôt les chimistes.

[yvon l]

Dans ces conditions et puisque j'ai initié ce fil en partant du point de vue des physiciens et des chimistes, je propose de s'en tenir aux conceptions habituelles de la thermodynamique (qu'elle soit classique ou statistique bien sûr) et de ne pas traiter la question du point de vue de la théorie de l'information (mais qui peut trouver sa place dans un autre sujet bien sûr).

Je pense, qu’on ne peut pas se passer de l’aspect informationnel dans la compréhension de la structure dissipative. Son fonctionnement (sa naissance, son maintien et sa fin) sont tributaires non seulement du flux énergie/matière qui la traverse mais des échanges d’information entre la structure et son milieu. On est amené aussi avec l’entropie à montrer comment de l’information peut apparaître dans un désordre ambiant (entropie du milieu).
En lisant les conclusions en page 8 de https://uma.ensta-paristech.fr/conf/...publi.utls.pdf (Professeur Roger Balian) tu pourras voir la pertinence du modèle ordinateur pour avoir une approche pédagogique de la liaison entropie-information (organisation de la structure → augmentation d’entropie du milieu ou la structure se trouve).
En bref, l’auto-performance d’une structure dissipative est liée à la richesse des informations échangées entre la structure et son milieu.

[Sethy]

Sethy souhaitait connaître le point de vue des biologistes mais j'ai l'impression qu'aucun biologiste ne lui a répondu. Je ne donnerai pas mon point de vue sur la question, n'étant pas biologiste et de plus ignorant totalement ce qu'est une structure dissipative. J'ai l'impression que les biologistes ne se sentent pas très concernés par les question théoriques de ce genre. De même ils ne semblent pas s'intéresser beaucoup aux origines de la vie, ce sont plutôt des chimistes qui travaillent sur ce sujet. Quelque-part la chimie la plus compliquée doit rejoindre la biologie la plus simple donc ce n'est sans-doute pas anormal que la question titille plutôt les chimistes.

Ton intervention est très intéressante. A la première lecture, on pourrait s'imaginer qu'il s'agit d'une conclusion du débat que j'ai lancé.

J'avais déjà tiré cette conclusion même, bien que contrairement à toi, je ne suis pas certain que les chimistes soient plus intéressés par cette discussion.

Si je me suis arrêté à cette conclusion un temps, la question que je me pose aujourd'hui, c'est le pourquoi.

Je préciserais qu'ici la question ne portait pas sur l'origine de la vie (même si cette question est connexe) mais bien de trouver dans quelle petite case de la physique, s'il y en avait une, la vie pouvait être rangée (avec évidemment tout le côté réducteur de cette démarche, mais totalement assumé). Mais bon, je pense que les biologistes aiment suffisamment les classements pour ne pas m'en tenir rigueur.

[minushabens]

Je me suis peut-être un peu avancé. Cet été à la conférence Evolution 2018 à Montpellier il y a une session sur l'origine de la vie : http://evolutionmontpellier2018.org/symposia (c'est le symposium S11). Je ne sais pas s'il y sera question de structures dissipatives. J'irai peut-être écouter les exposés.

[Sethy]

Je me suis peut-être un peu avancé. Cet été à la conférence Evolution 2018 à Montpellier il y a une session sur l'origine de la vie : http://evolutionmontpellier2018.org/symposia (c'est le symposium S11). Je ne sais pas s'il y sera question de structures dissipatives. J'irai peut-être écouter les exposés.

Effectivement, ça à l'air très intéressant. Si tu y vas, pense à nous faire un compte-rendu.

[Sethy]

Ici l'article qui servira, je pense, de base à la conférence : https://www.google.be/url?sa=t&rct=j...TBIgmV472uXjKZ