La vie et les lois de la thermodynamique

Par François Roddier, astrophysicien, spécialiste de la thermodynamique
www.francois-roddier.fr

Résumé : Du point de vue dʼun physicien, la vie apparait aujourdʼhui comme un processus naturel de dissipation dʼénergie. Le second principe de la thermodynamique nous apprend quʼon ne peut dissiper durablement de lʼénergie quʼen effectuant des cycles de transformations extrayant de la chaleur dʼune source chaude pour en rendre une partie à une source froide. Cʼest ce que fait effectivement la nature, grâce au Soleil et au ciel nocturne. Toute autre forme dʼénergie est exclue. Lʼhumanité prend peu à peu conscience quʼà long terme son existence est assujettie aux lois de la thermodynamique. Ce sont elles qui nous conduisent au biomimétisme, comme à lʼéconomie circulaire ou de fonctionnalité. Elles nous amèneront peu à peu à reconsidérer le rôle de la monnaie et à repenser la société.

Deux siècles de croissance exceptionnelle.

Grâce au développement de lʼimprimerie, nos connaissances ont pu sʼaccumuler jusquʼau siècle des lumières où elles ont provoqué une explosion démographique. Celle-ci a pris naissance en Europe et sʼest étendue rapidement à tous les pays du monde. Lʼanglais Thomas Malthus (1) fut un des premiers à sʼen inquiéter. Il tira le signal dʼalarme: nous ne pourrons pas, dit-il, nourrir tout le monde. Ses prévisions se sont avérées erronées. À lʼépoque de Malthus, la population mondiale atteignait un milliard dʼindividus. Elle a atteint deux milliards en 1930, quatre milliards en 1975, près de 7 milliards en 2010. Un tel accroissement est sans précédent dans toute lʼhistoire de lʼhumanité. Que sʼest-il passé?

Avant dʼen donner une explication, constatons que cette explosion nʼest pas sans conséquences. Lʼune dʼentre elles est la perte de biodiversité. Dès les années 70, les biologistes sʼinquiètent. Le taux dʼextinction des espèces animales et végétales est aujourdʼhui estimé être plus de cent fois supérieur au taux normal dʼextinction avant lʼintervention de lʼHomme. Or les espèces sont interdépendantes les unes des autres. La perte dʼune seule espèce comme celle des abeilles entraînerait une baisse du taux de pollinisation dont les conséquences pourraient être catastrophiques.

Une autre conséquence dont on prend maintenant conscience est le réchauffement climatique. On lʼattribue à la concentration de dioxyde de carbone dans lʼair. Celle-ci excède actuellement dʼun facteur deux lʼamplitude

maximale des fluctuations observées depuis des centaines de milliers dʼannées. Elle est clairement liée à lʼutilisation dʼénergies fossiles. Si cette concentration continue à croître, nos glaciers vont fondre, nos réserves dʼeau potable vont disparaître et nos sols vont devenir désertiques.

Enfin nos ressources naturelles sʼépuisent. On le constate pour nos ressources en pétrole, mais cʼest vrai aussi de nos ressources en charbon et de la plupart de nos ressources en métaux. Or ces ressources ne sont pas renouvelables. Lʼhumanité va devoir apprendre à sʼen passer. Pour certains, les plus optimistes, on trouvera autre chose, par exemple la fusion nucléaire. Dʼautres, plus réalistes, se rendent compte que la plupart des civilisations passées se sont un jour effondrées. Dʼautres civilisations les ont remplacées. Pour eux, on sʼacheminerait vers un nouvel effondrement, semblable à celui de lʼempire romain (2). Dʼautres enfin pensent que cʼest bientôt la fin de lʼespèce humaine. Voici ce quʼen a dit lʼastronome anglais Fred Hoyle :

« Il a souvent été dit que, si lʼespèce humaine échoue sur Terre, une autre espèce la remplacera. En ce qui concerne le développement de lʼintelligence, cʼest faux. Nous avons ou nous aurons bientôt épuisé tout ce qui sur cette planète est physiquement nécessaire pour cela. Sans charbon, sans pétrole, sans minerai de qualité, aucune espèce, aussi compétente soit-elle, ne pourra plus à partir de conditions primitives accéder à une technologie avancée. Lʼoccasion est unique. Si nous échouons, cʼest un échec pour lʼintelligence dans ce système planétaire. Il en est de même pour les autres systèmes planétaires. Pour chacun dʼeux il y aura une occasion et une seule » (3).

Il est clair quʼon assiste aujourdʼhui à la fin dʼune période unique dans lʼhistoire de lʼhumanité, durant laquelle celle-ci prend peu à peu conscience des conditions nécessaires au maintien de son existence. Elle va devoir sʼorganiser et mettre en œuvre des pratiques conformes à ces conditions. Ce sont elles que je me propose dʼexaminer ici avec quelques détails.

La vie et la dissipation de lʼénergie.

Les équations fondamentales de la physique (mécanique, électromagnétisme) sont invariantes par changement de signe du temps. On dit quʼelles sont réversibles. Seule la dissipation dʼénergie en chaleur est irréversible.

Les êtres vivants naissent, vieillissent et meurent. Leur évolution est irréversible. On sait aujourdʼhui quʼil en est de même des montagnes et même des étoiles. Ce sont donc des processus de dissipation dʼénergie.

Einstein pensait encore que lʼunivers était immuable jusquʼau jour où on sʼest aperçu quʼil était en expansion. On sait maintenant que lʼunivers observable a eu un début, communément appelé le « Big Bang » et aura une fin. Il apparaît lui-même comme un processus de dissipation dʼénergie. Il est formé de structures qui ne subsistent que si elles sont constamment alimentées par un flux dʼénergie qui les traverse. Le physico-chimiste Ilya Prigogine (4) leur a donné le nom de « structures dissipatives ».

Toutes ont la propriété remarquable de sʼorganiser par elles-mêmes. On dit quʼelles sʼauto-organisent. Les physiciens sʼaccordent aujourdʼhui pour dire quʼelles sʼauto-organisent pour maximiser le taux de dissipation de lʼénergie. Ce fait est maintenant établi pour lʼatmosphère terrestre et celle dʼautres planètes comme Mars ou Titan. Il serait général (5).

Ainsi la vie serait apparue sur Terre pour dissiper lʼénergie solaire. Dès 1905, le physicien autrichien Ludwig Boltzmann écrivait que la lutte pour la vie est une lutte pour dissiper lʼénergie (6). En 1922, le statisticien américain Alfred Lotka constatait que la sélection naturelle de Darwin tend à maximiser le flux dʼénergie qui traverse les organismes vivants. Il suggérait lʼexistence dʼune troisième loi de la thermodynamique (7). Enfin, en 1926, le physico-chimiste anglais Frederick Soddy estimait que le bien-être des individus se mesure en termes dʼénergie dissipée dans la société (8). Les lois de la thermodynamique seraient-elles la clé de lʼévolution?

La thermodynamique est la science qui étudie les échanges entre lʼénergie mécanique et la chaleur. Elle a été historiquement fondée sur deux lois ou principes. Le premier principe énonce que lʼénergie ne peut ni se perdre ni se créer. On dit quʼelle se conserve ou quʼelle est un invariant. La chaleur est une forme particulière dʼénergie. Le physicien anglais James Prescott Joule (1818-1889) fut le premier a établir lʼéquivalent mécanique de la calo- rie, unité de mesure de la chaleur.

Le second principe de la thermodynamique est dû au physicien français Sadi Carnot (1796-1832). Il concerne la production dʼénergie mécanique à partir de chaleur. Alors que lʼénergie mécanique peut être intégralement transformée (on dit aussi dissipée) en chaleur, seule une partie de la chaleur peut être transformée en énergie mécanique. On peut énoncer le second principe sous la forme suivante qui nous sera utile pour la suite de cet article:

On ne peut durablement produire du travail mécanique que par des cycles de transformations extrayant de la chaleur dʼune source chaude pour en rendre partie à une source froide. Seule une fraction de la chaleur (appelée rendement de Carnot) peut être convertie en énergie mécanique. Cette fraction est proportionnelle à la différence de température entre les deux sources. Cela explique pourquoi la dissipation dʼénergie est irréversible. Sʼil est facile de dissiper lʼénergie en chaleur, lʼopération inverse est plus difficile et ne peut être que partielle.

Le second principe de la thermodynamique vient des réflexions de Carnot sur la puissance motrice du feu (9). Il sʼapplique tout naturellement à la machine à vapeur. Si la vapeur dʼeau peut facilement fournir de lʼénergie mécanique en poussant sur un piston, elle ne peut le faire durablement quʼà condition de ramener le piston à sa position initiale et de recommencer lʼopération autant de fois quʼil est nécessaire.

Le second principe de la thermodynamique est un principe fondamental. Il sʼapplique aussi bien aux machines à vapeur ou aux moteurs à explosion quʼaux cyclones ou à la vie. Comme leur nom lʼindique, les cyclones décri- vent des cycles qui leur permettent de produire de lʼénergie mécanique en extrayant de la chaleur du sol pour en rendre à lʼatmosphère plus froide si- tuée au dessus. Quʼen est-il de la vie?

Lʼauto-organisation du vivant.

Du point de vue thermodynamique, la vie apparaît comme une structure dissipative. Nous avons vu que les structures dissipatives ont la propriété de sʼauto-organiser par elles mêmes. Cʼest ce que fait par exemple un cris- tal de neige. On appelle ce processus une transition de phase (10). Les structures dissipatives sʼauto-organisent suivant un processus similaire au- quel le physicien danois Per Bak (11) a donné le nom de « criticalité auto- organisée ».

Une caractéristique de ce processus est de créer des avalanches. Per Bak le compare au processus de formation des avalanches dans un tas de sable. Lorsque on verse du sable de façon à former un tas, la pente du tas de sable augmente et atteint une valeur ou point critique à partir de laquelle des avalanches se forment. Une propriété de ces avalanches est que leur amplitude varie en raison inverse de leur fréquence. Il y a beaucoup de petites avalanches, de temps en temps de plus grosses, exceptionnellement une énorme avalanche.

La vie sʼest développée sur Terre suivant un processus du même type. Plantes et animaux se multiplient exponentiellement, créant des avalanches. Les très grosses avalanches sont souvent qualifiées dʼexplosion. Cʼest le cas notamment de lʼexplosion cambrienne, il y a 545 millions dʼan- nées, qui a donné naissance à un très grand nombre dʼespèces nouvelles, accroissant considérablement la dissipation de lʼénergie due à la vie dans les océans.

Le phénomène opposé est qualifié dʼextinction de masse. Un très grand nombre dʼespèces animales ou végétales disparaissent à la même époque. On a recensé cinq grandes extinctions de masse au cours de lʼévolution. Lʼalternance entre des périodes dʼapparitions dʼespèces nouvelles et dʼautres dʼextinctions est une caractéristique du processus de criticalité auto- organisée. Ces oscillations sont en partie corrélées avec les fluctuations climatiques, les périodes de glaciation étant souvent accompagnées ou suivies dʼextinctions.

On peut comparer la vie a un incendie de forêt qui est lui aussi un processus de criticalité auto-organisée. Instinctivement, les biologistes utilisent le même vocabulaire (explosions, extinctions). Comme la vie animale, le feu est un processus dʼoxydation du carbone, mais beaucoup plus brutal et à plus haute température. Semblable à la vie, le feu « couve », puis il prend, sʼétend rapidement et couve à nouveau, jusquʼà parfois sʼéteindre de lui- même. Comme les extinctions dʼespèces, les incendies de forêts permettent à la végétation de se renouveler et de sʼadapter aux évolutions du climat.

Une brève description de lʼévolution.

La Terre sʼest formée peu après le Soleil, il y a 4,5 milliards dʼannée. La vie serait apparue dès la formation des océans, il y a environ 4 milliards dʼan- nées. Phénomène de criticalité auto-organisée, la vie pourrait être apparue au point critique de lʼeau, vers 3.000 m de profondeur et à une température de 374° C, conditions quʼon trouve dans les sources géothermales. A lʼappui de cette hypothèse viennent les propriétés catalytiques exceptionnelles des micro-gouttes dʼeau, observées à lʼopalescence critique, propriétés dues à leur très grand rapport surface/volume. La source dʼénergie aurait alors été dʼorigine géothermique. Dʼabord très lente, la progression de la vie nʼaurait alors cessé de sʼaccélérer (12).

Les premières bactéries captant lʼénergie solaire auraient pris naissance entre 3 et 4 milliards dʼannées. Elles se sont multipliées sous forme dʼalgues bleues dans les stromatolithes. Les volcans ayant rempli lʼatmosphère de dioxyde de carbone, ces algues ont utilisé lʼénergie solaire pour réduire le dioxyde de carbone sous forme de matière organique et libérer lʼoxygène. Pendant ce temps, dʼautres utilisaient lʼoxygène ainsi libéré pour brûler leurs déchets organiques et régénérer le dioxyde de carbone. En recyclant ses déchets, la nature pouvait alors dissiper durablement lʼénergie solaire, comme le veut le second principe de la thermodynamique.

Il y a environ 1,5 milliards dʼannées sont apparues les premières cellules à noyau puis, vers 800 millions dʼannées, les premiers organismes multicellulaires, notamment ceux qui forment aujourdʼhui le phytoplancton. Absorbant efficacement le dioxyde de carbone, celui-ci crée les premières périodes glaciaires. Apparaît ensuite le zooplancton qui régénère le dioxyde de carbone. La dissipation dʼénergie sʼaccélère. La mer étant saturée dʼoxygène, cʼest dʼun seul coup lʼexplosion, celle du Cambrien, il y a 545 millions dʼan- nées. Apparaît alors une immense variété génétique dʼorganismes multicellulaires de toutes sortes.

Les plantes continuent à produire de lʼoxygène, mais il est converti en dioxyde de carbone par les animaux. Au lieu de se dégager dans lʼatmosphère, le dioxyde de carbone est piégé sous forme de calcaire dans les coquillages. La nature va devoir affronter un nouveau problème de pollution. Le fond de la mer se couvre de déchets organiques et de dépôts calcaires. Lʼair étant privé de dioxyde de carbone, le climat se refroidit créant de nouvelles glaciations. Celles-ci provoquent une suite dʼextinctions majeures, notamment à la fin du permien, il y a 250 millions dʼannées.

La vie se développe alors sur Terre et le climat se réchauffe. De nouvelles espèces apparaissent comme les dinosaures. Ceux-ci sont particulière- ment aptes à dissiper lʼénergie. Mais plus une espèce dissipe dʼénergie, plus elle modifie son environnement. La température baisse à nouveau. Les dinosaures ont du mal à sʼadapter. Un astéroïde finit par les éliminer. Cʼest maintenant le règne des oiseaux et des mammifères. Ces derniers donnent naissance aux hominidés. Leur cerveau se développe. On assiste alors à un changement majeur. De génétique, lʼévolution devient culturelle (13). Tout sʼaccélère de nouveau.

Il y a à peine plus de deux siècles, lʼespèce Homo Sapiens découvre les carburants fossiles. Comme les bactéries lʼavaient fait, il y a plus de 3 mil- liards dʼannées, lʼHomme moderne se procure de lʼénergie en brûlant des déchets organiques. Lʼironie du sort veut que lui, qui rechigne à recycler ses propres déchets, se mette à recycler ceux des époques géologiques antérieures. Et cʼest une nouvelle explosion, non plus génétique, mais démographique et culturelle.

En deux siècles, lʼHomme a épuisé tout ce qui était facilement épuisable. Cette fois, le résultat est lʼopposé de celui des époques précédentes. En absorbant le dioxyde de carbone, lʼexplosion cambrienne avait provoqué une glaciation. En générant du dioxyde de carbone, lʼexplosion démographique provoque un réchauffement. Dans les deux cas, il sʼagit dʼun changement climatique. Lʼévolution passée de la vie nous éclaire sur son évolution future. On imagine maintenant ce qui va se passer.

Lʼévolution de lʼhumanité.

Lʼexplosion cambrienne a été suivie dʼune suite dʼextinctions dʼespèces. On peut sʼattendre à ce que lʼexplosion démographique de lʼhumanité ait des effets similaires. On parle déjà dʼune sixième extinction dʼespèces. Elle nʼa aucune raison de se limiter aux animaux. LʼHomme lui-même est menacé. Un effondrement démographique parait inévitable.

Nous avons vu que la vie est une immense machine thermique. On peut lʼimaginer comme un moteur à deux temps. Dans un premier temps, la vie est en contact avec sa source chaude, le Soleil. Les plantes emmagasinent lʼénergie solaire sous forme de biomasse. Dans un deuxième temps, les animaux brûlent la biomasse et envoient la chaleur vers sa source froide, le ciel nocturne. On assiste aujourdʼhui à la fin dʼun deuxième temps ramenant la machine à son état initial.

LʼHomme a recyclé les déchets organiques des époques antérieures. Il a fait ce que la nature attendait de lui. La vie peut maintenant repartir à zéro, ou presque. On sait comment la vie est partie, sous une forme végétale: le phytoplancton. La vie va donc repartir grâce au phytoplancton et à lʼénergie solaire. Cʼest lui qui va absorber le dioxyde de carbone généré par nos avions et nos voitures, mais cela prendra nécessairement du temps. La sélection naturelle a jusquʼici favorisé lʼHomme parce quʼil dissipait plus dʼénergie que les autres espèces. Mais plus une espèce dissipe dʼénergie, plus vite elle fait évoluer son environnement. Lorsquʼune espèce nʼest plus adaptée, elle sʼéteint. On peut donc sʼinquiéter avec juste raison dʼune disparition possible de lʼespèce humaine. Je rassure ici le lecteur en expliquant pourquoi cela ne sera sans doute pas le cas.

Les structures dissipatives évoluent en mémorisant de lʼinformation. Plus elles mémorisent dʼinformation plus elles dissipent dʼénergie. La vie a accru sa dissipation dʼénergie en mémorisant de plus en plus dʼinformation. Jus- quʼà récemment, elle lʼa fait en mémorisant lʼinformation dans les gènes. LʼHomme est le premier animal qui mémorise plus dʼinformation dans son cerveau que dans ses gènes. Les sociétés humaines ont accru sa dissipation dʼénergie grâce à lʼécriture, puis aux livres et maintenant aux ordinateurs. Aujourdʼhui, lʼévolution nʼest plus génétique mais culturelle (13). Si une extinction dʼespèce est un changement de génome, un effondrement de civilisation est un changement de culture, cʼest-à-dire un changement de conception du monde.

Si lʼeffondrement démographique parait inévitable, lʼHomme en tant quʼespèce —cʼest-à-dire son génome— va sans doute subsister, mais sa vision du monde va en être profondément transformée. Grâce au réchauffement climatique, lʼHomme va prendre conscience que son évolution suit des lois quʼil ne saurait ignorer, les lois de la thermodynamique. Jusquʼici, il a été le bienvenu pour recycler les déchets organiques des époques antérieures. Maintenant, cʼest aux plantes de prendre le relais. De maître, lʼHomme va devenir leur serviteur, comme un chien obéit à son maître parce quʼil sait que cʼest lui qui le nourrit.

Cʼest en effet dans le domaine de lʼagriculture que la prise de conscience a commencé, avec lʼagriculture biologique. Aujourdʼhui on développe lʼagrobiologie, notamment des techniques dites de permaculture, plus respectueuses de lʼenvironnement. Généreuse, la nature va faire de lʼHomme son disciple. Les disciples progressent en imitant leur maître. Les ingénieurs parlent aujourdʼhui de biomimétisme.

Cependant, les financiers veulent toujours rester les maîtres. Ils pensent pouvoir modifier à leur guise les génomes et breveter le vivant sans se soucier des conséquences. Un changement de représentation est indispensable. Il sʼagit dʼune transition culturelle majeure. Elle risque de de- mander du temps, et plus on attend, plus la transition sera douloureuse.

La transition économique.

Pour comprendre la suite des événements, il faut donc sʼappuyer sur les lois de la thermodynamique. On vient de traverser une période durant la- quelle la dissipation de lʼénergie a été dominée par les combustibles fossiles. Avec lʼépuisement progressif de ces ressources, lʼHomme cherche désespérément de nouvelles sources dʼénergies capables de maintenir son niveau de vie.

Il a cru un moment que la fission nucléaire pourrait prendre le relais. Il réa- lise aujourdʼhui que tout développement durable nécessite un recyclage des déchets, et que recycler les déchets de la fission prend des millions dʼannées. Nos usines nucléaires nʼauront pas duré un demi siècle. Saisis par la même illusion, certains pensent aujourdʼhui que la fusion nucléaire sera la solution. Des milliards dʼEuros sont dépensés pour une usine appelée ITER dont la durée de vie est estimée à 400 heures, après quoi il faudra la démanteler et la recycler.

Clairement, il faudra du temps pour que lʼHomme réalise quʼil doit son existence à une usine à fusion nucléaire, le Soleil, qui ne produit aucun déchet sur Terre et qui est capable de fonctionner encore pendant quelques mil- liards dʼannées. Son seul défaut est dʼêtre à débit limité, mais cʼest précisément ce qui fait sa qualité. Nous avons vu que la vie est un incendie et que, lorsque le débit nʼest plus limité, cʼest lʼexplosion, comme celle que nous venons de traverser. Il nʼy aura pas de développement durable possible sans énergie solaire.

On peut définir une notion de « température » pour lʼéconomie, comme étant lʼinverse du coût de lʼénergie (14). Plus le coût de lʼénergie augmente, plus la « température » de lʼéconomie décroît. Avec la raréfaction de nos ressources en pétrole, le coût de lʼénergie va inévitablement augmenter et la température de nos économies décroître. Nous avons vu que lʼauto-organisation des sociétés humaines est un processus de transition de phase. Lorsque la « température » de lʼéconomie descend au dessous dʼun certain point critique, lʼorganisation de la société change comme celle de la matière au cours dʼune transition de phase. Une transition économique est un processus de transition de phase (15).

Processus de criticalité auto-organisée, la vie oscille entre deux types de sélections naturelles appelées r et K. Lorsque la nourriture est abondante, la sélection r domine, favorisant la compétition entre une grande diversité de petits organismes évoluant rapidement. Lorsque la nourriture se fait plus rare, la sélection K prend le relais, favorisant la formation de gros organismes évoluant plus lentement. La vie a ainsi créé des structures de plus en plus organisées comme les colonies de bactéries, puis les amibes, les colonies dʼamibes et enfin les organismes multicellulaires.

Nous proposons ici lʼhypothèse que les sociétés humaines vont évoluer de la même façon. La transition économique sera une transition de phase durant laquelle nos sociétés passeront du type dʼorganisation actuel, semblable à celui dʼun écosystème, à un type dʼorganisation comparable à celui dʼun organisme multicellulaire.

Vers une réorganisation de la société.

Avec la recherche dʼun développement durable, lʼidée se répand de sʼinspirer davantage de la vie. Jʼai parlé du biomimétisme. Depuis longtemps, les ingénieurs se sont inspirés des formes et ont copié les procédés de fabrication créés par la nature. On peut aussi sʼintéresser à la façon dont la nature sʼorganise. Lʼœuvre du physicien Per Bak est une source dʼinspiration sur ce sujet (11).

Lʼidée de sʼinspirer de la biologie pour lʼorganisation des sociétés humaines nʼest pas nouvelle. Chacun sait que le libéralisme anglo-saxon a été inspiré par les travaux de Darwin. Il a permis une croissance économique exceptionnelle, mais a créé de terribles inégalités sociales (16) et a épuisé nos ressources naturelles. Aurait-on mal compris les leçons de Darwin? On oublie quʼelles sʼappuient sur lʼétude des écosystèmes, une forme particulière dʼorganisation du vivant. Celle-ci nʼest pas la seule. Les organismes multi- cellulaires ont une forme dʼorganisation différente.

Les deux types dʼorganisation sont conformes aux lois de la thermodynamique : chacune dʼentre elles effectue des cycles fermés de transformations. En termes de développement durable, les deux effectuent des échanges suivant les règles de lʼéconomie circulaire. Cependant, si la nature favorise la compétition entre les organismes, à lʼintérieur dʼun même organisme, elle favorise la coopération entre les cellules. La raison en est que compétition et coopération favorisent toutes les deux la dissipation de lʼénergie mais de façon différente.

Comme nous lʼavons vu, lorsque lʼénergie est abondante, la nature crée la compétition entre un grand nombre de petits organismes, favorisant lʼinnovation (sélection r). Lorsque lʼénergie se fait rare, la nature tend à préserver son taux de dissipation dʼénergie. Pour éviter le gaspillage, elle favorise les organismes qui dissipent lʼénergie le plus efficacement possible, cʼest-à- dire les plus gros (sélection K).

Lʼauto-organisation des systèmes vivants est entièrement déterminée par les échanges dʼinformation à lʼintérieur du système (17). Dans le cas des écosystèmes, lʼinformation se limite essentiellement à la probabilité de manger ou dʼêtre mangé par lʼautre. Elle suffit cependant à auto-organiser le système. Les organismes multicellulaires ont une organisation beaucoup plus complexe parce que la quantité dʼinformation échangée entre les cellules est beaucoup plus importante.

Depuis leur apparition, la quantité dʼinformation échangée entre les êtres humains nʼa cessé dʼaugmenter, dʼabord avec la parole, puis lʼécriture et ensuite lʼimprimerie. Aujourdʼhui elle ne cesse de croître grâce aux nouvel- les technologies de lʼinformation et de la communication (NTIC). Le modèle des écosystèmes ne convient plus aux sociétés humaines. Celui des organismes multicellulaires est devenu plus approprié.

Un nouveau modèle économique.

Jʼai dit plus haut que lʼévolution de lʼHomme nʼest plus de nature génétique mais culturelle. Dans une société humaine, la culture joue aujourdʼhui le rôle de lʼADN (réf. 13, section 13.2). Lʼéconomie joue celui du métabolisme. Formellement, la monnaie a les propriétés des catalyseurs, appelés aussi enzymes. Elle accélère la vitesse des échanges, tout en étant régénérée à la fin de chaque cycle. Lorsque les entreprises font des bénéfices, les cycles deviennent autocatalytiques, produisant une croissance exponentielle de lʼéconomie.

Lorsque lʼénergie se fait rare son prix augmente. Les bénéfices diminuent jusquʼau moment où la croissance sʼarrête et la société sʼendette. La
« température » de lʼéconomie a atteint sa valeur critique de transition de phase. La société doit effectuer une transition économique. De même il arrive que, chez les animaux, la nourriture se fasse rare. Cʼest le cas, par exemple, dʼune marmotte à lʼentrée de lʼhiver. Son organisme va passer sur ses réserves et lʼanimal va hiberner. On dit que lʼorganisme de la marmotte change de voie métabolique.

Chez les organismes vivants, chaque voie métabolique correspond à des enzymes différents. Lʼanalogie entre les transitions économiques et les changements de voies métaboliques nous incite à penser quʼune transition économique doit être accompagnée dʼune nouvelle monnaie. Des considérations thermodynamiques montrent quʼeffectivement, une économie ne peut pas fonctionner durablement avec une seule monnaie (15). Des économistes comme Bernard Lietaer en sont depuis longtemps persuadés (18).

Le problème se pose actuellement pour lʼEurope qui a adopté une monnaie unique lʼEuro. Il faut se rappeler que les institutions européennes sont nées de la communauté européenne du charbon et de lʼacier, une organisation créée en 1951, fondée sur lʼutilisation commune de ressources fossiles, non renouvelables. Avec la diminution de ces ressources, aggravée par la nécessité dʼéviter un réchauffement climatique, une transition économique ou « changement de voie métabolique » sʼavère nécessaire, nous invitant à introduire de nouvelles monnaies.

Nous avons vu que lorsque lʼénergie est abondante, la sélection naturelle tend à accroître le flux dʼénergie dissipée en favorisant la compétition entre les individus qui dissipent le plus dʼénergie (sélection r). Lorsque lʼénergie se fait rare, elle essaye de maintenir le taux de dissipation dʼénergie en favorisant la coopération entre les individus grâce aux échanges dʼinformation (sélection K). On voit ici lʼimportance de lʼinformation dans la dissipation dʼénergie. En économie le PIB tient bien compte de la production des biens matériels, mais rend mal compte des biens immatériels appelés « services » liés aux échanges dʼinformation.

Avec la diminution des ressources fossiles, les services prennent aujourdʼhui de plus en plus dʼimportance, notamment comme source dʼemploi. Il parait ainsi naturel dʼintroduire une monnaie complémentaire liée aux services. En Europe, la plupart des services, tels que la santé ou lʼéducation, sont organisés par les nations et financés par des impôts nationaux. On est donc incité à réintroduire des monnaies nationales pour les services. La plupart des budgets distinguent les frais dʼéquipement des frais de fonctionnement. Il est clair que les premiers concernent des ressources matérielles qui seraient évaluées en Euros, tandis que les seconds concernent des ressources immatérielles ou facilement renouvelables qui seraient évaluées en monnaie nationale.

Le proche avenir de lʼhumanité.

Les impératifs du développement durable conduisent à lʼidée dʼéconomie de fonctionnalité. Celle-ci favorise la délivrance de services par rapport à la propriété de biens matériels car elle permet de diminuer les externalités négatives. Le développement des économies de fonctionnalité favorisera la partie fonctionnement des budgets, établie en monnaie complémentaire, par rapport à la partie équipement établie en monnaie principale. Avec la diminution des ressources minières (secteur primaire), il deviendra de plus en plus difficile de produire des biens matériels (secteur secondaire). Les services (secteur tertiaire) prendront alors de plus en plus dʼimportance. Cʼest effectivement ce quʼon observe dans les pays développés.

Cela signifie que les monnaies complémentaires prendront progressive- ment de la valeur par rapport à la monnaie principale. On le constate déjà avec lʼexemple du franc suisse. En Europe, les budgets nationaux pourront être rééquilibrés grâce à un taux de change approprié entre lʼEuro et les monnaies nationales. Des problèmes comme celui de la Grèce pourront être résolus. Du point de vue thermodynamique, on aura remplacé une transition de phase abrupte par une transition continue (15). Nous nʼéviterons pas un effondrement de la civilisation actuelle, mais il sera progressif au lieu dʼêtre brutal. Comme la marmotte à lʼentrée de lʼhiver, notre économie va peu à peu sʼassoupir.

Jʼai dit que les plantes allaient être appelées à jouer un rôle fondamental en prenant le relais (section 7). La survie de notre espèce passe par une transformation radicale de notre agriculture. Le modèle industriel des années 60 devra nécessairement être remplacé par une agriculture locale, plus diversifiée, plus intensive en main dʼœuvre et plus respectueuse de lʼenvironnement (19). Un effondrement démographique parait inévitable. Lʼagriculture industrielle repose sur des énergies fossiles non renouvelables. Elle relève de la monnaie principale. Passer dʼune agriculture industrielle à une agriculture de type paysanne implique nécessairement le pas- sage dʼune agriculture en monnaie principale à une agriculture en monnaie complémentaire. Là encore, lʼintroduction de nouvelles monnaies nʼévitera pas lʼeffondrement mais le rendra plus progressif.

Notre modèle économique actuel, dit libéral, repose sur la description darwinienne des écosystèmes. Adapté aux périodes dʼabondance énergétique, il maximise la production industrielle. Avec lʼépuisement des ressources fossiles, une transition économique sʼimpose. Le modèle des organismes multicellulaires est devenu plus adapté. Il implique une réorganisation de la société donnant plus dʼimportance aux services, donc aux structures de type étatique.

Le danger de notre modèle économique actuel est que des structures privées prennent le rôle des États. Là encore il existe un analogue en biologie, cʼest celui du cancer. Dans un article scientifique majeur intitulé « The hallmarks of Cancer » (20), deux biologistes ont établi les caractéristiques des cellules cancéreuses. On peut aisément les transposer aux sociétés humaines et montrer quʼelles sʼappliquent entièrement aux sociétés libérales (21). Une de ces caractéristiques est un métabolisme anormal.

De la même manière, le libéralisme sʼest développé grâce à des sources dʼénergie anormales, cʼest-à-dire non utilisées par les autres êtres vivants, comme lʼénergie nucléaire. La vie a tendance à se développer exponentiellement, mais cette croissance est limitée par le taux de renouvellement des ressources énergétiques liées au débit énergétique du soleil. En levant cette limitation, lʼutilisation dʼénergies nouvelles a rendu possible le développement économique très rapide des sociétés libérales actuelles, développement qui a pris peu à peu les caractéristiques des tumeurs cancéreuses. On a vu, toutefois, que ce développement est dû à lʼabsence dʼenzyme spécifique à la nouvelle voie métabolique que sont les énergies renouvelables. Une cure est donc possible pour ce cancer sous la forme de monnaies complémentaires.

Lʼhumanité vient probablement de traverser une période unique de son existence. À partir de conditions primitives elle a pu, grâce aux énergies fossiles, développer des technologies avancées. Le pétrole aura joué le rôle du lait maternel, induisant sa croissance et le développement de son intelligence collective. Cʼest aujourdʼhui le moment du sevrage. Alors de deux choses lʼune. Ou bien elle succombe à son cancer, par exemple à la suite dʼune guerre nucléaire. Alors, comme lʼa dit Fred Hoyle, cʼest la fin du développement de lʼintelligence sur cette planète, et sans doute lʼextinction de lʼespèce humaine. Ou bien elle en guérit, grâce au régime de restriction calorique quʼelle va devoir subir, accompagné des enzymes appropriés que sont les monnaies complémentaires. Alors, son intelligence collective va continuer à évoluer et lʼHomme va enfin prendre conscience des lois fondamentales qui régissent son évolution.

 

Bibliographie

(1) Thomas Robert Malthus (1766-1834) est un pasteur protestant né en Grande Bretagne. Il est lʼauteur dʼun essai sur le principe de population.

(2) Pablo Servigne, Raphaël Stevens. Comment tout peut sʼeffondrer, Seuil (2015).

(3) Fred Hoyle, traduit de « Of Men and Galaxies » (1964), réédité en 2005 par Prometheus Books.

(4) Ilya Prigogine (1917-2003) est un physico-chimiste belge, dʼorigine russe. Il a reçu le prix Nobel de chimie en 1977.

(5) A. Kleidon, R. D. Lorenz, Non-equilibrium Thermodynamics and the Production of Entropy, Springer (2005).

(6) Ludwig Boltzmann, Populare Schriften (Popular Writings). Leipzig: J. A. Barth (1905).

(7) Alfred Lotka, Contribution to the Energetics of Evolution. PNAS 8, 147- 151, et: Natural Selection as a Physical Principle, PNAS 8, 151-154 (1922).

(8) Frederick Soddy, Wealth, Virtual Wealth and Debt, George Allen & Un- win Ltd (1926).

(9) Sadi Carnot, Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les ma- chines propres à développer cette puissance, Bachelier (1824).

(10) Ricard V. Solé, Phase transitions, Princeton (2011).

(11) Per Bak, How Nature Works. The science of self-organized criticality, Springer-Verlag (1996) . Traduit en français sous le titre: « Quand la nature sʼorganise: avalanches et tremblements de terre ». Flammarion (1999).

(12) Eric Chaisson, Cosmic Evolution: The Rise of Complexity in Nature, Harvard (2002).

(13) François Roddier, Thermodynamique de lʼévolution, éd. Parole (2012).

(14) François Roddier, De la nécessité dʼune décroissance, dans: Écono- mie de lʼaprès-croissance. Politiques de lʼAnthropocène II, sous la direction dʼAgnès Sinaï. éd.: les presses de SciencesPo (2015).

(15) François Roddier, La thermodynamique des transitions économiques. Conférence donnée à Paris le 12 mars 2015 pour le Shift Project: https://www.youtube.com/watch?v=5-qap1cQhGA. Texte publié dans Res Systemica: (http://www.res-systemica.org/afscet/resSystemica/vol14-oct2015 /Res-Systemica-vol14.html).

(16) Thomas Piketty, Le capital au XXIe siècle, Seuil (2014).

(17) Robert E. Ulanowicz, Increasing entropy: heat death or perpetual har- monies. Int. J. of Design & Nature and Ecodynamics. Vol. 4, No. 2 (2009) 83-96.

(18) Bernard Lietaer, Au cœur de la monnaie, Yves Michel (2011).

(19) Pablo Servigne, Nourrir lʼEurope en temps de crise, Nature et Progrès (2014).

(20) Douglas Hanahan, Robert Weinberg, The hallmarks of cancer, Cell, vol.100, pp. 57-70, 2000.

(21) http://www.francois-roddier.fr/?p=43

Une pensée sur “La vie et les lois de la thermodynamique”

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