La vie et l'entropie

[ecolami]

Bonsoir,
La vie est un état d’équilibre instable qui se stabilise de façon dynamique par des échanges de matières et d'énergie. En cela elle satisfait au principe de l'entropie.
Mais pour l'apparition puis l'évolution de la vie il est plus difficile de comprendre comment des mécanismes d'une telle complexité ont pu apparaitre. En effet la tendance naturelle de l'entropie a aller vers le désordre est contredite.
La question porte sur la naissance de l'organisation dans les cellules vivante.
Dans les milieux non vivants on peut facilement expliquer la naissance de l'organisation en cristaux (pour prendre un exemple simple). Mais dans un organisme vivant, surtout multicellulaire l'apparition de tous ces mécanismes complexes et de la spécialisation des cellule par rapport au principe d'entropie laisse perplexe.
Je pose exprès cette question sur le forum physique parce qu'il s'agit de cerner les conditions physiques et non pas chimiques (ni philosophique...)
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[Amanuensis]

Mais pour l'apparition puis l'évolution de la vie il est plus difficile de comprendre comment des mécanismes d'une telle complexité ont pu apparaitre. En effet la tendance naturelle de l'entropie a aller vers le désordre est contredite.
La question porte sur la naissance de l'organisation dans les cellules vivante.
Dans les milieux non vivants on peut facilement expliquer la naissance de l'organisation en cristaux (pour prendre un exemple simple). Mais dans un organisme vivant, surtout multicellulaire l'apparition de tous ces mécanismes complexes et de la spécialisation des cellule par rapport au principe d'entropie laisse perplexe.
Je pose exprès cette question sur le forum physique parce qu'il s'agit de cerner les conditions physiques et non pas chimiques (ni philosophique...)

La condition d'état hors équilibre mais quasi-stationnaire grâce à un apport constant d'énergie existait avant l'émergence de la vie. Et ce aussi bien l'apport interne (géothermie) que l'apport externe (lumière du Soleil), énergies l'une et l'autre dégradées en émission infrarouge.

L'idée est que la vie est une évolution de ce système pré-existant, ce qui résout la question de l'entropie.

On peut remonter l'origine de l'état. Pour l'énergie géothermique, c'est la durée (très longue) de la contraction de la Terre et les radionucléides à vie longue. Pour la lumière du Soleil, c'est simplement le déséquilibre du rayonnement, dû à la diffusion en 1/r², thermalisé par tout objet qui le bloque (la Terre en l'occurrence).

[Sethy]

Ce qui Prigogine a avancé, c'est que certains système loin de l'équilibre (conditions sine qua none) par exemple un système qui serait le siège de grands gradients de concentration, de températures, etc., si l'écart à l'équilibre atteint un certain seuil, il peut y avoir une "bifurcation".

C'est à dire que le système change brutalement de propriétés lorsque ce seuil est atteint. L'occurrence de cette bifurcation est aléatoire mais elle n'apparaitra jamais tant qu'on reste en du seuil critique. De même, si le déséquilibre diminue et que le système repasse au dessous du seuil, la le système revient dans l'état précédent la bifurcation.

Je pense que cette précision est importante car le déséquilibre est préexistant à l'apparition de cette bifurcation.

L'expérience de Belouzof Zhabotinsky illustre bien ce propos puisque sont mis en présence des réactifs chimiques qui donnent lieu à une réaction, mais les concentrations sont choisies pour être au-delà du seuil critique. A partir de ce moment la, la bifurcation se produit (et on voit très bien le côté aléatoire de l'occurrence). Vidéo : https://youtu.be/IBa4kgXI4Cg?t=50

Evidemment de telles expériences sont rudimentaires si on les compare à la complexité de la vie, même dans ses formes les plus simples.

Par rapport à ce point, je citerai De Duve (découvreur des lysosomes) et qui après sa carrière de chercheur s'est intéressé à l'apparition de la vie.

Son hypothèse, qu'il sous-tendait par une ensemble de preuves issues de la biochimie, consistait à envisager l'origine de la vie non pas comme un processus unique, extrêmement improbable mais au contraire comme une suite d'éléments relativement probables. L'"improbabilité" venant dès lors non pas de ce formidable concours de circonstance "unique" mais bien de la multitude d'étapes nécessaires à l'apparition de la vie. La probabilité d'avoir 10 piles ou 10 faces de suite est de 0,1%.

L'observation des monts hydrotermaux offre déjà une idée des gradients de températures et de concentrations actuels, qui ne sont probablement rien en comparaison de ce qu'ils ont été dans le passé. Vidéo : https://www.youtube.com/watch?v=piL0BihHrQI

edit : croisement avec Amanuensis

[ecolami]

Ce qui Prigogine a avancé, c'est que certains système loin de l'équilibre (conditions sine qua none) par exemple un système qui serait le siège de grands gradients de concentration, de températures, etc., si l'écart à l'équilibre atteint un certain seuil, il peut y avoir une "bifurcation".

C'est à dire que le système change brutalement de propriétés lorsque ce seuil est atteint. L'occurrence de cette bifurcation est aléatoire mais elle n'apparaitra jamais tant qu'on reste en du seuil critique. De même, si le déséquilibre diminue et que le système repasse au dessous du seuil, la le système revient dans l'état précédent la bifurcation.

Je pense que cette précision est importante car le déséquilibre est préexistant à l'apparition de cette bifurcation.

L'expérience de Belouzof Zhabotinsky illustre bien ce propos puisque sont mis en présence des réactifs chimiques qui donnent lieu à une réaction, mais les concentrations sont choisies pour être au-delà du seuil critique. A partir de ce moment la, la bifurcation se produit (et on voit très bien le côté aléatoire de l'occurrence). Vidéo : https://youtu.be/IBa4kgXI4Cg?t=50

Evidemment de telles expériences sont rudimentaires si on les compare à la complexité de la vie, même dans ses formes les plus simples.

Par rapport à ce point, je citerai De Duve (découvreur des lysosomes) et qui après sa carrière de chercheur s'est intéressé à l'apparition de la vie.

Son hypothèse, qu'il sous-tendait par une ensemble de preuves issues de la biochimie, consistait à envisager l'origine de la vie non pas comme un processus unique, extrêmement improbable mais au contraire comme une suite d'éléments relativement probables. L'"improbabilité" venant dès lors non pas de ce formidable concours de circonstance "unique" mais bien de la multitude d'étapes nécessaires à l'apparition de la vie. La probabilité d'avoir 10 piles ou 10 faces de suite est de 0,1%.

L'observation des monts hydrotermaux offre déjà une idée des gradients de températures et de concentrations actuels, qui ne sont probablement rien en comparaison de ce qu'ils ont été dans le passé. Vidéo : https://www.youtube.com/watch?v=piL0BihHrQI

edit : croisement avec Amanuensis

Bonsoir,
J'ai surligné un paragraphe qui appelle à mon sens, une remarque: si le déséquilibre diminue le système revient dans son état précedent ce qui empêche de l'utiliser pour expliquer le maintien de l'organisation
L'hypothèse de De Duve est certes crédible mais elle ne traite pas de la naissance de l'organisation.
Personnellement je pense, pour diverses raisons, que l'apparition de la vie n'a pas été un évènement unique.
Je crois que ce sont des cycles thermodynamiques (évaporations dilutions ou chauffage refroidissement) qui sont les explications et non pas des gradients d'énergie ou de concentration: autrement dit par exemple dans une étendue d'eau soumise a des évaporations dilutions on peut imaginer les débuts de formation des futures briques du vivant.
Qu'en pensez-vous?
Une autre hypothèse consiste a estimer que le contact avec certains cristaux minéraux a pu favoriser la formation de briques du vivant. Cela est étayé par l'existence de métalloprotéine avec des cluster fer soufre qui reproduisent en miniature un fragment de FeS sulfure de fer. Dans ce cas on a un transfert d'organisation du cristal vers une molécule complexe bien définie. Dans le cas de clusters l'évolution a en quelque sorte détaché du cristal originel, quelques atomes de soufre et fer en conservant leur organisation spatiale.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Sethy]

Bonsoir,
J'ai surligné un paragraphe qui appelle à mon sens, une remarque: si le déséquilibre diminue le système revient dans son état précedent ce qui empêche de l'utiliser pour expliquer le maintien de l'organisation

Ca n'explique pas pourquoi le système peut se maintenir, ça explique surtout pourquoi il peut ... mourir !

Si le déséquilibre n'est plus assez fort, par exemple par disparition des réactifs chimiques, comme dans l'exemple de la réaction de Belouzof Zhabotinsk ou si un être vivant photosynthétique (autotrophe) n'a plus de soleil, ou qu'un hétérotrophe ne trouve plus de nourriture à dégrader ... il meurt. Car (si on admet que les êtres-vivants sont apparentés à ce qui Prigogine décrit), le déséquilibre est dans cette molécule de sucre "très ordonnée", en tout cas bien plus que l'eau et le CO2 en laquelle nous allons promptement la transformer.

Je crois que ce sont des cycles thermodynamiques (évaporations dilutions ou chauffage refroidissement) qui sont les explications et non pas des gradients d'énergie ou de concentration: autrement dit par exemple dans une étendue d'eau soumise a des évaporations dilutions on peut imaginer les débuts de formation des futures briques du vivant.

Si on prend une machine de Carnot, le système, c'est la machine. Pour que le cycle soit parcouru par le système, il faut une source chaude et une source froide. Ces sources n'oscillent pas dans le temps, le système bien.

Ici, c'est pareil. Le déséquilibre, les gradients de températures, de pressions, de concentrations fournissent l'équivalent des sources chaudes et froides et c'est le système qui crée les cycles comme dans l'expérience de cellules de Bénard : https://www.youtube.com/watch?v=v2vMXmuC818 dans laquelle un fluide est chauffé par le dessous et refroidi par le dessus. La température des sources est constante, mais on observe bien des phénomènes cyclique à partir d'un certain seuil critique (qui se calcule) et qui dépend de la viscosité du liquide, de l'épaisseur du film et de la différence de température. En deçà de ce seuil, on observe la même chose que dans un poêlon, une casserole ou une friteuse. Au-delà, il y a bifurcation et apparition de ces étranges cellules hexagonales. Mais si la différence de température venait à diminuer légèrement, ces structures disparaitraient définitivement. Aussi, elles apparaissent dès le seuil franchi, elles n'ont pas besoin de répétition (grande - petite - grande - petite différence de température), ça marche du premier coup.

L'hypothèse de De Duve est certes crédible mais elle ne traite pas de la naissance de l'organisation.
Personnellement je pense, pour diverses raisons, que l'apparition de la vie n'a pas été un évènement unique.

Une autre hypothèse consiste a estimer que le contact avec certains cristaux minéraux a pu favoriser la formation de briques du vivant. Cela est étayé par l'existence de métalloprotéine avec des cluster fer soufre qui reproduisent en miniature un fragment de FeS sulfure de fer. Dans ce cas on a un transfert d'organisation du cristal vers une molécule complexe bien définie. Dans le cas de clusters l'évolution a en quelque sorte détaché du cristal originel, quelques atomes de soufre et fer en conservant leur organisation spatiale.

Bien que je sois organicien de formation, je pense qu'il est plus intéressant de se mettre d'accord sur le cadre physique dans lequel la vie peut être rangée que d'essayer d'aborder les choses d'un point de vue chimique.

[yvon l]

Bien que je sois organicien de formation, je pense qu'il est plus intéressant de se mettre d'accord sur le cadre physique dans lequel la vie peut être rangée que d'essayer d'aborder les choses d'un point de vue chimique.

Bonjour,
Mon point de vue.
Pour obtenir un flux d'énergie il faut nécessairement un déséquilibre. Le déséquilibre initial sur terre est le couple soleil - univers avec sa différence de températures. A cette différence de températures est associé une différence d'entropie (Q/T) qui est faible pour le soleil et grande pour l'univers.
Le flux d’énergie est du type rayonnant.
Quand il rencontre la terre, se flux énergétique structuré est le siège de transformations.
1- en flux thermique (chaleur). La majorité de ce flux va repartir par rayonnement plus ou moins directement dans l’univers en contribuant à l’augmentation de l’entropie de celui-ci
2- par transfert chimique au travers de structures complexes auto-organisées.
Ces structures peuvent rester organisé si elles sont régulièrement traversées par un flux d’énergie (donc déséquilibre) qui permette la construction et le maintien de la structure.
La structure hautement organisée est le siège de transfert d’informations, en particulier avec son environnement (boucle de régulation). l’énergie nécessaire associée à ces phénomènes est donc de faible entropie (en associant entropie et information).
Le flux énergétique sortant de la structure est donc nécessairement de forte entropie (2e loi de la thermodynamique)
La différence entre le flux entrant et le flux sortant est l’énergie que la structure garde pour son compte pour maintenir son fonctionnement (en particulier quand le flux n’est pas disponible). C’est aussi l’énergie résiduelle de faible entropie que la structure contient après sa mort (énergie à son tour disponible pour d’autre structures) (énergie fossile).

[ecolami]

Bonjour,
Je suis assez d'accord avec vos observations. La difficulté consiste a expliquer pas seulement la formation des toutes premières briques du vivant donc avant l'apparition de la vie mais cette tendance qui s'est maintenue vers une organisation de plus en plus complexe pour arriver au point ou nous en sommes aujourd'hui. L'une de difficultés est pour former, par exemple des protéines s'il faut au départ des acides aminés leur assemblage au hasard ne fournit pas automatiquement une protéine "utile"; L'affaire de la maladie a prion montre bien qu'une protéine peut adopter plusieurs formes.
En résumé en ne prenant que les protéines comme exemple il faut 1° réunir les condition de formation de la liaison amide (peptide), 2° il faut une chaine d'acides aminés "assez longue", 3°dans toutes les combinaison possibles avec le nombre d'acides aminé différents il faut former la bonne conformation (qui aura une propriété utile) Arrivé a ce stade il n'y a encore rien de vivant. L'étape suivante nécessite de rapprocher plusieurs briques du vivant afin de commencer des séries de réactions. Etant donné la complexite il est peu probable que tout ça se soit trouvé tout de suite au même endroit: il faut un transport. J'imagine un ensemble de milieux propices a la formation de molécules organiques complexes et différentes associé a un transport (par l'eau vraisemblablement) qui rassemble ces molécules. ensuite il faut qu'elles restent ensemble pour accueillir les autres briques du vivant. Toutes ces étapes préliminaires nécessitent des conditions physiques particulières. Au fur et a mesure de la complexification les conditions physiques nécessaires évoluent
Pour que la vie existe il faut un système de mémoire capable de reproduction. LEs molécules qui composent l'ADN ou l'ARN sont très complexes Là comme avec l'exemple des protéines se re-posent les m^mes questions préalables: la formation des liaison entre l'acide phosphorique le ribose et les bases nucléiques est difficile elle ne se fait pas par simple mélange a température ambiante.

[Amanuensis]

Quelles que soient les «difficultés» et les questions, un fait demeure : la vie sur Terre est ce qu'elle est aujourd'hui.

Autrement dit, toutes les difficultés ont été surmontées.

Et pour la question titre (dont on s'éloigne, non?), le concept d'entropie n'amène pas en soi de contradiction avec la vie, que ce soit son origine, sa perpétuation ou sa diversification, comme expliqué ici ou dans des discussions plus anciennes.

[ecolami]

Bonsoir,
Je ne dis pas que l'entropie soit prise en défaut puisque j'ai précisé au départ que la vie était un équilibre dynamique. Ce qui pose problème est que la tendance globale de cet équilibre dynamique aie été vers le degré de complexité actuel. C'est en cela que la question concerne la physique.
J'ai pris parfois des exemples chimiques pour illustrer le problème, peut être était-ce inutile sur ce forum de physique.

[stefjm]

La complexité n'est peut-être que le signe que le modèle de description n'est pas l'optimum?

[curiossss]

Bonjour,
Je suis assez d'accord avec vos observations. La difficulté consiste a expliquer pas seulement la formation des toutes premières briques du vivant donc avant l'apparition de la vie mais cette tendance qui s'est maintenue vers une organisation de plus en plus complexe

Bonjour,
Je pense qu'il faut surtout regarder les propriétés chimiques des éléments, qui ont permis des assemblages favorables. La première condition pour ces assemblages c'est la création de membranes (les briques se déposant autour d'une bulle d'écume par exemple, à l'époque les littoraux en regorgeaient vu l'ampleur des marées (la lune beaucoup plus proche).
Une fois ces membranes en place on a un dedans et un dehors, condition essentielle pour que la concentration de certaines molécules puisse avoir lieux dans le dedans (par la perméabilité sélective des membranes). La plupart de ces assemblages ne menaient à rien, mais certains ont eu un destin plus intéressant. On ne connaîtra jamais le détail de ce qui s'est passé, mais on peut avoir quelques idées du comment : les premières multiplications étaient mécaniques, ces bulles enveloppées d'une membrane qui aspiraient des molécules du milieu ambiant pouvaient éclater en deux bulles qui se mettaient ensuite elles aussi à grossir jusqu'à éclater, etc... Ou bien la force des marées les faisaient éclater en bulles plus petites. Et là la chose intéressante est la suivante : ces 'bulles' étaient forcément en compétition les unes contre les autres puisqu'elles puisaient les mêmes éléments du milieu ambiant ! Et la simple compétition va sélectionner les plus performantes. Le puissant moteur de la compétition a démarré.

C'est une description très simplifiée et sans aucune preuve expérimentale, avec juste pour but de pointer du doigt que le principal moteur à la complexification du vivant a été la compétition pour les ressources forcément limitées (une population croit toujours jusqu'à ce que les ressources (en briques de construction, mais aussi en espace) se raréfient, et là c'est la sélection par élimination qui se met naturellement en place. Cette sélection a été assez forte pour contrebalancer une autre tendance naturelle, celle de l'augmentation de l'entropie dans un système.

Note : mais pourquoi ces formes de 'vie' primitives sont allé vers la complexification ? D'une part parce que certaines formes plus complexes étaient plus aptes à gagner la compétition, et d'autre part parce que la complexification pouvait permettre de coloniser de nouveaux espaces où il n'y avait pas pour l'instant de compétition. Des hasards favorables.

Bon je vais arrêter ici, vous avez compris l'idée.

[Sethy]

C’est aussi l’énergie résiduelle de faible entropie que la structure contient après sa mort (énergie à son tour disponible pour d’autre structures) (énergie fossile).

De faible entropie, mais non, au contraire puisque c'est de cela que nous nourrissons.

Si nous créons du désordre, il faut bien que nous trouvions des matières ordonnées au départ. Notre alimentation nous apporte certes de l'énergie (utile puisque rappelons-le, elle se conserve), énergie que nous récupérons des réserves faites par les êtres vivants que nous ingérons (amidon, sucres, ...) et que nous dégradons (la dimension entropique n'est donc pas absente de ce processus). C'est ce qu'on appelle le catabolisme.

Mais tout aussi important, nous avons besoin de structures ordonnées et d'énergie pour nous construire d'abord et surtout nous entretenir par la suite. Cette organisation, tout comme son maintient (c'est important) nécessite en permanence de dégrader des substances ordonnées.

C'est le mythe de Sisyphe !

[Amanuensis]

Cette organisation, tout comme son maintient (c'est important) nécessite en permanence de dégrader des substances ordonnées.

Merci les végétaux...

(Maintenant, pas vraiment besoin de parler d'ordre. C'est juste de l'énergie de «bonne qualité» stockée temporairement dans une paire (réducteurs organiques, O2), récupérable en procédant de manière contrôlée à des oxydo-réductions portant sur ces produits.)

[Sethy]

Quelles que soient les «difficultés» et les questions, un fait demeure : la vie sur Terre est ce qu'elle est aujourd'hui.

C'est un point important car il sépare irrémédiablement ceux qui prennent part au débat en deux catégories : celle des croyants (quelle que soit la forme exact de cette croyance) et celle des non-croyants.

[Sethy]

Merci les végétaux...

Oui, clairement. Mais même eux dépendent de nombreux facteurs qui doivent être sans cesse renouvelés : ensoleillement, eau, apports de minéraux dont le CO2.

Car sans CO2, pas de synthèse chlorophyllienne.

[Amanuensis]

Le facteur essentiel est de l'énergie «noble». Essentiellement le rayonnement solaire pour nous.

Le CO2 n'a jamais été un problème pour la vie. Mais pourrait le devenir, certains processus le séquestrant. Heureusement les humains ont pu en remettre en circulation...

(Au passage, la synthèse «chlorophylienne» est un mécanisme hautement sophistiqué. Il y a des mécanismes de fixation du carbone (= réduction du CO2) plus «simple» (tout est relatif...) utilisant l'énergie du rayonnement solaire. Il est possible que ce soit ceux-ci qui aient amené le grand pas libérant la vie des couples oxydo-réducteurs ayant motoriser les débuts.

Ceci dit c'est bien le mécanisme chlorophyllien à deux centres réactifs qui nous nourrit...)

[yvon l]

De faible entropie, mais non, au contraire puisque c'est de cela que nous nourrissons.

Là, je ne te comprends pas.
C'est parce que l'énergie de la nourriture est de faible entropie (noble) qu'elle est exploitable en tant que flux d'entrée de la structure qui s'en nourrit (et qui la dégrade à son profit).
La chaîne de la vie commence par l'énergie noble (faible entropie) du rayonnement. c'est ce flux énergétique principal entrant dans la structure végétale.
Contrairement à un flux d'énergie thermique de faible température, le flux rayonnant solaire possède une entropie basse (tout cela pour autant que l'on puisse parler d'entropie pour un flux énergétique)

[Sethy]

Effectivement, je me suis très mal exprimé.

J'ai embrayé sur l'énergie fossile (avec dans la tête le charbon), qui permet effectivement la production d'énergie par combustion mais dont "l'organisation" est très faible alors que justement nous devons nous nourrir de formes très organisées pour y amener du désordre afin de récupérer les briques et les utiliser à notre tour.

[invite6486d7bd]

Je suis assez d'accord avec vos observations. La difficulté consiste a expliquer pas seulement la formation des toutes premières briques du vivant donc avant l'apparition de la vie mais cette tendance qui s'est maintenue vers une organisation de plus en plus complexe pour arriver au point ou nous en sommes aujourd'hui.

Je cite juste cette partie pour illustrer le problème de base qui à mon sens est mal posé.
L'affirmation que l'entropie croit "naturellement" n'est pas juste en l'état puisqu'il faut également préciser de quel système il s'agit.
L'entropie peut tout à fait diminuer localement selon des processus divers et variés et je ne vois pas ce qu'il y aurait de "non naturel" à ce fait.
D'ailleurs l'exemple le plus évident sont les structures stellaires et galactiques, les étoiles, les planètes etc, qui se forment "naturellement" alors qu'on est bien d'accord qu'il ne s'agit pas du vivant.

Pour "le vivant" (qui correspond à des processus chimiques tout ce qu'il y a de plus physique), il existe des "chemins" particuliers, des concurrences entre réactions avec "sélection", qui peuvent tout à fait aboutir à une diminution locale de l'entropie.
Il n'y a pas lieu, à mon sens, et dans le cadre du problème de l'entropie, de distinguer "le vivant" (considération holistique, ne l'oublions pas) du "chimique" (basé sur la physique fondamentale des constituants de la matière).

Pour ce qui est de l'augmentation de l'entropie à une échelle plus vaste, effectivement, l'entropie restera constante au mieux jusqu'à une certaine échelle, et augmentera inéluctablement, lorsque le système considéré dépasse une certaine taille. (D'ailleurs l'expansion est là pour nous le rappeler, à mon avis), mais peut être qu'en considérant l'espace en expansion, le système étant plus grand mais identique (fermé donc), on peut aussi dire que l'entropie ne change pas.

[invite6486d7bd]

Ceci dit c'est bien le mécanisme chlorophyllien à deux centres réactifs qui nous nourrit...)

On est d'accord, mais si on recherche la cause profonde à cette possibilité, ce qui nous "nourrit", ou mieux dit qui permet de diminuer l'entropie à l'échelle de nos individus (je ne dis pas de diminuer le désordre que celà entraine autour de nous ), c'est la gravité. (processus d'ignition stellaire etc)

[Amanuensis]

Si on remonte un cran, la gravité n'est que l'allumette: le déséquilibre est entre l'hydrogène et le Fe/Ni. La matière bosonique de l'Univers est essentiellement H et He, et la transformation étape par étape de ces noyaux en Fe/Ni est ce qui nous nourrit.

[Amanuensis]

le flux rayonnant solaire possède une entropie basse(tout cela pour autant que l'on puisse parler d'entropie pour un flux énergétique)

Quand le flux de lumière a un spectre de corps noir on peut parler de sa température. Et cela permet de se passer de la notion d'entropie. Un flux de lumière avec un spectre de 5800 K (ce qui nous vient du Soleil) a une température plus élevée qu'un flux de spectre à 220 K (grossièrement le flux émis par la Terre). Une machine thermique peut en tirer de l'énergie mécanique avec comme seule limite physique le rendement de Carnot. C'est en très simplifié ce que les plantes font.

Quand à nous, c'est seulement par facilité qu'on consomme des «formes très organisées». L'évolution a amené les animaux à ne pas s'encombrer de voies énergétiques autres que celles adaptées à piquer à d'autres êtres vivants les réducteurs dont ils ont besoin. Un métabolisme énergétique pourrait se contenter de H2 et O2, ou de CH4 et O2, etc., et l'anabolisme de CO2, H2O et N2 (je simplifie). Mais pourquoi se casser la nénette alors qu'on trouve aisément des chaînes organiques servant à la fois de réducteur et de base pour l'anabolisme (carbone semi-réduit et radicaux amines)? Facilité n'est pas nécessité.

[Il est clair que la plupart des participants aiment l'entropie, serait intéressant de comprendre pourquoi. Mais une explication en termes de température est bien plus simple à suivre pour la lumière. Et des bêtes explications en termes de chimie plus simples à suivre que des considération sur des «formes organisées».]

[FC05]

Bonsoir,
Je ne dis pas que l'entropie soit prise en défaut puisque j'ai précisé au départ que la vie était un équilibre dynamique. Ce qui pose problème est que la tendance globale de cet équilibre dynamique aie été vers le degré de complexité actuel. C'est en cela que la question concerne la physique.
J'ai pris parfois des exemples chimiques pour illustrer le problème, peut être était-ce inutile sur ce forum de physique.

Pour moi le problème fondamental est là.

La vie n'est pas un équilibre, la vie c'est l'entretient d'un déséquilibre ! Comme ça été précisé plus haut, l'équilibre c'est la mort !

Pour l'entropie, si elle augmente au global, rien n'empêche qu'elle diminue localement. A priori, un faux problème, mal posé.

[Amanuensis]

Il y a une confusion courante entre équilibre et stationnarité. Un système à l'équilibre est stationnaire, mais la réciproque dépend de l'acception des termes.

Les notions comme «équilibre dynamique» sont bâtardes, et peuvent se comprendre comme stationnarité hors équilibre.

La vie est stationnaire à une certaine échelle, mais en très fort déséquilibre thermodynamique: la stationnarité vient de flux d'entrée/sortie (tant énergie que matière) constants (à l'échelle considérée) et de bilan équilibré.

(Notons que hors croissance l'entropie étant une variable d'état, elle est stationnaire si on ne considère que le vivant (ou un écosystème)... )

[yvon l]

Quand le flux de lumière a un spectre de corps noir on peut parler de sa température. Et cela permet de se passer de la notion d'entropie. Un flux de lumière avec un spectre de 5800 K (ce qui nous vient du Soleil) a une température plus élevée qu'un flux de spectre à 220 K (grossièrement le flux émis par la Terre). Une machine thermique peut en tirer de l'énergie mécanique avec comme seule limite physique le rendement de Carnot. C'est en très simplifié ce que les plantes font.(..)

Surtout on peut parler de la température des sources qui est à l'origine du flux ; ici la température du soleil associé à la température de la terre qui est l'origine du flux rayonnant (due au déséquilibre de ces températures ) du soleil vers la terre.
De même comme le rayonnement, un courant électrique, la chaleur (flux d'énergie thermique), le travail mécanique sont des flux d'énergie.
La structure vivante a la propriété d'être traversée par un flux d'énergie. Cette énergie lors de la traversée est dégradé en qualité (son entropie augmente). Par contre il y a production d'énergie ou/et de flux énergétique noble pendant la traversée. C'est aussi le cas aussi du moteur thermique qui est le siège d'un travail (flux de basse entropie).
Globalement l'entropie totale ne peut pas diminuer

[Sethy]

Je cite juste cette partie pour illustrer le problème de base qui à mon sens est mal posé.
L'affirmation que l'entropie croit "naturellement" n'est pas juste en l'état puisqu'il faut également préciser de quel système il s'agit.
L'entropie peut tout à fait diminuer localement selon des processus divers et variés et je ne vois pas ce qu'il y aurait de "non naturel" à ce fait.

La formulation est ambigue et demande dès lors une précision qu'on trouve dans le second principe : "Toute transformation d'un système thermodynamique s'effectue avec augmentation de l'entropie globale incluant l'entropie du système et du milieu extérieur."

Donc oui, l'entropie peut localement diminuer à condition que simultanément quelque part ailleurs l'entropie augmente "plus". Autre manière de dire les choses, l'entropie ne fait pas crédit !

Une cristallisation qui augmente localement l'ordre nécessite d'évacuer des calories. C'est dans le transport et l'échauffement du milieu extérieur qu'il faut chercher l'augmentation concomitante d'entropie.

[Sethy]

flux de basse entropie

Je pense que de ne voir l'entropie que comme une mesure de la "qualité" de l'énergie fait passer à côté de pas mal de choses.

Un exemple. Imaginons deux solutions aqueuses distinctes à même concentration, de deux substances proches (par exemple deux "sucres" ayant la même formule chimie mais reflets l'un de l'autre dans un miroir, comme le D- et le L-Glycéraldéhyde https://fr.wikipedia.org/wiki/Glycéraldéhyde ).

Leur énergie est parfaitement identique. Si je les mets en contact (en enlevant la plaque qui les sépare par exemple), il ne va pas y avoir de variation d'énergie. Et pourtant, l'entropie va fortement augmenter puisque les deux substances vont se mélanger.

Alors que si de part et d'autre de la paroi, j'avais les mêmes substances, il n'y aurait ni variation d'énergie, ni variation d'entropie (l'entropie totale étant rigoureusement égale à la somme des entropies des deux solutions).

[stefjm]

Il y a une confusion courante entre équilibre et stationnarité. Un système à l'équilibre est stationnaire, mais la réciproque dépend de l'acception des termes.
Les notions comme «équilibre dynamique» sont bâtardes, et peuvent se comprendre comme stationnarité hors équilibre.

Pour les système linéaire, la stationnarité est décrite par des pôles à valeur réelle nulle.
Il y a deux seulement deux cas typiques et tous les autres cas se ramènent à des combinaisions linéaires de ces deux cas typique.

Pôle en 0 : 1/p, 1/(jw), intégrateur temporel (et double, triple intégrateur)
Un dirac en entrée donne en échelon en sortie.
Pôles en +-jw0 : 1/(p^2+w0^2), 1/(w0^2-w^2), oscilateur
Un dirac en entrée donne un sinus en sortie.

[Amanuensis]

Je pense que de ne voir l'entropie que comme une mesure de la "qualité" de l'énergie fait passer à côté de pas mal de choses.

Oui, bien sûr. (Qui aurait dit que le concept ne servirait à rien?)

Mais pourquoi le faire intervenir quand ce n'est pas nécessaire?

[Amanuensis]

demande dès lors une précision qu'on trouve dans le second principe : "Toute transformation d'un système thermodynamique s'effectue avec augmentation de l'entropie globale incluant l'entropie du système et du milieu extérieur."

La précision n'est pas nécessaire si on parle de systèmes isolés. La formulation usuelle est "L'entropie, variable d'état, d'un système isolé ne peut pas diminuer". (Ce qui est une formulation cohérente avec l'expression du premier principe.)

Cf. Wiki en anglais (comme souvent moins délirant qu'en français (1)):

The second law of thermodynamics states that the total entropy of an isolated system can never decrease over time.

(1) En particulier en thermo ; il semble que la manie de mettre l'entropie au centre ne soit pas limitée à quelques participants de ce forum francophone.