Notre monde macroscopique

Pour mettre le problème en évidence, nous appliquons les lois de la thermodynamique à une soupape de sécurité :

– L’énergie cinétique contenue dans un jet en aval d’une soupape de sécurité se transforme en énergie calorifique lorsque ce jet se dégrade dans l’atmosphère ambiante (la figure ci-contre montre une illustration du jet supersonique qui s’échappe de la soupape de sécurité de Denis Papin).

– Quand le jet est canalisé en aval dans une tuyauterie de récupération, l’énergie cinétique du jet se transforme en d’autres formes d’énergie :  énergie calorifique,  énergie vibratoire,  énergie sonore, etc.
Les fonctionnements défectueux des soupapes ont causé d’importants incidents et accidents : accident de la centrale nucléaire de Three Mile Island (mars 1979), soupape de sûreté du porte-avions français Charles de Gaulle (octobre 2010), centrale nucléaire de Flamanville (décembre 2012), et beaucoup d’autres.

Pourquoi tant d’incidents graves?

Des incidents graves se produisent parce que les écoulements se débarrassant à leur guise d’une puissance motrice de plusieurs  mégawatts peuvent violemment exciter les structures et les endommager.
Comment dégrader rapidement l’énergie cinétique de ces jets chaotiques et violents? Nous voilà confrontés à un problème vierge de la  physique.
La dégradation massive et rapide de l’énergie cinétique constitue en effet un domaine méconnu de la thermodynamique.

Le principe de moindre action

Le principe de moindre action (Fermat, Maupertuis, Euler,…) confirmé par la mécanique analytique (Lagrange, Hamilton, Jacobi,…) est basé sur la proposition suivante :

La nature n’aime pas trop se fatiguer.

Cependant, cette physique ignore le frottement ; elle ne veut pas connaître le désordre, l’entropie. Elle est donc impuissante pour dégrader de l’énergie cinétique. Nous pouvons résumer les principes classiques de la thermodynamique comme suit:

L’énergie se conserve, mais l’énergie se dégrade.

Le principe de pire action

Dans le cas des soupapes et d’autres équipements, on doit appliquer les principes de thermodynamique sous la forme :

L’énergie se conserve mais elle doit parfois être dégradée.

Cette déclaration illustre notre détermination à créer d’énormes quantités d’irréversibilité, d’entropie et de désordre.  Nous élevons le second principe de la thermodynamique au rang de principe de pire action, lequel est diamétralement opposé au principe de moindre action, d’où son nom.