Entropie : qu'est-ce que c'est ?

Le terme entropie désigne, dans la thermodynamique classique, une fonction d'état extensive. En d'autres termes, une fonction d'état proportionnelle à la quantité de matièrematière en présence.

L'entropie a été introduite en 1865 par Rudolf Clausius. Elle est notée S. Dans le système international, elle se mesure en joulejoule par kelvin (J.K^-1). C'est toujours une différence d'entropie qui est mesurée, dans une transformation réversible, comme le quotient de la variation de la quantité de chaleurchaleur transférée à un système par la température absoluetempérature absolue de celui-ci : dS= dQ/T.

Le troisième principe de la thermodynamiquetroisième principe de la thermodynamique commande que l'entropie soit nulle au zéro absoluzéro absolu.

Lorsque des glaçons fondent dans un verre, il y a augmentation du désordre dans les molécules d’eau. Et par conséquent, augmentation de l’entropie. © Daria-Yakovleva, Pixabay, DP

L’entropie, une mesure du désordre

La thermodynamique statistique permet de préciser que l'entropie caractérise le désordre microscopique d'un système, son degré de désorganisation. L'entropie d'un système rend donc compte du degré de dispersion de l'énergieénergie (thermique, chimique, etc.) au sein même du système. Et selon le deuxième principe de la thermodynamique, l'énergie d'un système isolé a tendance à se disperser le plus possible. Son entropie a donc, de même, tendance à augmenter.

Par ailleurs, selon la loi de Boltzmann, l'entropie est proportionnelle au logarithme népérien du nombre de micro-état d'un système : S = k . ln Ω. L'état d'équilibre étant celui qui offre le plus de possibilités de réalisations microscopiques, l'entropie est maximum à l'équilibre.

L’entropie des trous noirs

En 1970, John Wheeler, le physicienphysicien américain inventeur du terme « trou noir » constate que si vous jetez votre tasse de café dans un trou noir, elle disparaîtra à jamais, emportant avec elle son entropie. Ainsi, l'entropie de l'univers aura diminué. Ce qui est en contradiction avec le deuxième principe de la thermodynamique.

C'est quelques années plus tard que Stephen HawkingStephen Hawking et Jacob Bekenstein, l'un des fondateurs de la thermodynamique des trous noirs, proposent que tout trou noir possède une entropie proportionnelle à son aire. L'entropie du trou noir -- qui est colossale -- nous renseigne sur la quantité d'information que renferme le trou noir en question.