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Science. Thermodynamique de l'évolution

L'un de nos correspondants, Jean Marguin, nous a proposé cet article pour publication. Nous l'en remercions

L'approche thermodynamique de l'évolution, un nouvel outil pour la prospective ?
par Jean Marguin (ECP61)

Quiconque a pratiqué la prospective est frappé de constater que l'on est toujours surpris par ce qu'il advient. Qui plus est, la logique de l'événement survenu apparaît lumineuse après coup. Pourquoi n'y avais-je pas pensé, se dit-on ?

Le futur résulte, disait Jacques Lesourne, d'un mélange de nécessité, de hasard et de volonté. En effet, le mystérieux passage de l'état présent à l'état futur met en jeu des tendances lourdes  (la nécessité) que l'on peut connaître et évaluer relativement aisément, mais aussi des événements contingents totalement imprévisibles (le hasard), sans oublier les décisions et intentions des acteurs humains (la volonté). La principale faiblesse des techniques classiques de la prospective est d'être focalisée principalement sur les tendances lourdes et de négliger les deux autres composantes dont l'influence est souvent prépondérante. D'où la cécité de nos analyses et l'incapacité que nous avons à imaginer le futur.

A la différence des cas pratiques étudiés par la prospective, l'évolution darwinienne semble un cas pur puisque le terme de volonté en est a priori exclu, au moins pour la période pré-humaine. Tous les scientifiques s'accordent pour dire que, hormis peut-être les toutes premières phases de l'apparition de la vie, dominées par les lois de la chimie, seuls interviennent ensuite le hasard et la nécessité. La volonté en est exclue mais le terme de hasard peut cacher de grandes surprises...

Le livre de François Roddier, normalien et astrophysicien, sur la Thermodynamique de l'Evolution suggère que le terme de hasard est probablement beaucoup plus complexe que ce que l'on entend communément. Il semble qu'il soit gouverné depuis l'origine de l'univers, par des lois physiques implacables, celles de la thermodynamique des systèmes ouverts, hors d'équilibre.

Il ne s'agit pas ici de décrire le détail de l'argumentation développée par l'auteur, mais d'en esquisser la démarche et les hypothèses.

Le point de départ est le constat que toutes les structures de l'univers sont des systèmes ouverts hors d'équilibre au sens de la thermodynamique, à travers lesquelles transitent de la matière et de l'énergie. On parle alors de structures dissipatives. C'est le cas des galaxies, des étoiles, des planètes, mais aussi des êtres vivants – plantes et animaux. Les êtres humains ne font pas exception ni même les sociétés humaines. La planète Terre reçoit son énergie du soleil et réémet un rayonnement vers l'espace. C'est une structure dissipative globale.

Une autre loi couramment admise est que l'entropie globale de l'univers ne fait qu'augmenter depuis le big bang.

Or une loi générale issue des travaux du physicien belge Ilya Prigogine édicte que les structures dissipatives s'auto-organisent pour maximiser le flux d'énergie qui les traverse et accélérer ainsi l'augmentation globale de l'entropie de l'univers. Dans l'exemple bien connu des cellules de Bénard le liquide que l'on chauffe sur le feu s'organise, au dessus d'un seuil de température, en cellules de convection pour maximiser le flux de chaleur le traversant. Le taux de production d'entropie est ainsi maximal. C'est la loi de production maximale d'entropie ou MEP, en anglais, pour Maximum Entropy Production. Cette loi, que François Roddier nomme 3e loi de la thermodynamique, n'a pas encore été démontrée mais il ne semble pas que cela soit impossible. Quoi qu'il en soit, elle est largement vérifiée dans la pratique et dans de nombreuses simulations de mécanique statistique.

En résumé, une structure dissipative emmagasine de l'information en s'organisant et cette information lui permet d'agir sur son environnement pour dissiper le maximum d'énergie. Pour des structures plus complexes comme un être vivant, François Roddier fait l'hypothèse que l'information stockée dans les gènes joue ce rôle. Depuis l'invention de l'imprimerie, l'information est principalement stockée sur de nouveaux supports qui semblent avoir pris le relais des gènes. Ainsi, des quantités d'information de plus en plus importantes sont stockées dans des structures de plus en plus complexes pour dissiper le maximum d'énergie.

Les courbes établies par l'astrophysicien américain Eric Chaisson semblent confirmer la théorie de François Roddier. Elles montrent la véritable course à la dissipation d'énergie réalisée par les structures de l'univers depuis le big bang.

( Notre logiciel éditeur ne permet pas la reproduction des graphiques)

On est surpris de retrouver les grandes structures de l'univers, comme les galaxies et les étoiles en bas du graphique mais il ne faut pas oublier que leur densité massique est très faible. En revanche, en watt/kg, les structures vivantes et humaines sont situées bien plus haut.

Quelles leçons pratiques pouvons-nous tirer des théories de François Roddier ?

La première nous conforte dans l'idée matérialiste de l'impossibilité de prévoir précisément l'avenir de l'évolution.

La deuxième est que l'évolution darwinienne n'est pas complètement aveugle, contrairement à ce qu'il est couramment admis. Certes, elle reste gouvernée par le hasard mais ce hasard respecte les contraintes de la 3e loi de la thermodynamique. Autrement dit, un être vivant ou même une société humaine évolueront naturellement vers des structures toujours plus dissipatives et ceci sans en être conscient. L'évolution serait donc gouvernée par un déterminisme caché agissant sur le hasard.

On en déduit une règle d'exclusion tout à fait nouvelle applicable à la prospective : on est en droit d'éliminer tous les scénarios d'évolution conduisant à des structures moins dissipatives, même si l'on tient compte de l'intervention de la volonté humaine dans le processus d'évolution.

Cette conclusion serait générale et donc applicable à la co-évolution de l'homme et son environnement naturel et technologique (cf. les systèmes anthropotechniques de Jean-Paul Baquiast).

La règle d'exclusion ainsi dégagée a une portée épistémologique fondamentale. Mais qu'en est-il de sa portée pratique ? Des analyses énergétiques précises devraient permettre de discriminer dans l'ensemble des possibles, ceux qui auraient le moins de chance de se produire, à l'instar des prévisions météorologiques à long terme. Il n'en reste pas moins que ce n'est pour le moment qu'une piste de recherche pour des travaux plus approfondis.

L'ouvrage de François Roddier ne se contente pas d'analyser le moteur caché de l'évolution, il formule également des conjectures intéressantes sur la dynamique du processus. En effet, les systèmes dissipatifs n'évoluent pas de façon continue. Ils s'adaptent aux variations de leur environnement par une succession de phases quasi-stables (microévolution) entrecoupées de transitions de phases plus rapides (macroévolution). Les transitions de phase suivent la fameuse loi en 1/f qui permet notamment de prévoir la fréquence des tremblements de terre. On explique ainsi la théorie des équilibres ponctuésdégagée par le biologiste Stephen Jay Gould. François Roddier étend cette dynamique aux sociétés humaines et, notamment, aux régimes politiques. Quand un empire grossit pour atteindre les limites de son adaptabilité, il éclate et disparaît ou se morcelle en entités plus petites capables de stocker davantage d'information et donc de développer des capacités d'adaptation plus élevées. Les exemples historiques sont légion (empires romain, inca, byzantin, otttoman, Union Soviétique, etc.).

L'approche thermodynamique de l'évolution fournit donc un cadre cohérent à l'approche darwinienne et ouvre des perspectives très stimulantes pour étudier l'avenir de la diversité biologique et le devenir des sociétés humaines. Elle mériterait d'être mieux connue et devrait susciter la curiosité des chercheurs car de nombreux aspects théoriques doivent être approfondis avant que son caractère opératoire ne soit reconnu.

François Roddier présente lui-même l'avancement de ses réflexions à l'occasion de ses nombreuses interventions publiques que l'on retrouvera sur Youtube et surtout sur son blog : www.francois-roddier.fr.

Jean Marguin

 

25/12/2017
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