Pourquoi les machines à mouvement perpétuel ne fonctionnent-elles pas ? - Netta Schramm

Voir la leçon complète à : http://ed.ted.com/lessons/why-don-t-perpetual-motion-machines-ever-work-netta-schramm

Les machines à mouvement perpétuel - des appareils qui peuvent continuer à marcher indéfiniment sans aucune source d'énergie extérieure - ont capturé l'imagination de beaucoup d'inventeurs parce qu'elles pourraient transformer nos rapports avec l'énergie. Seulement, il y a un problème : c'est qu'elles ne fonctionnent pas. Pourquoi ? Netta Schramm décrit les écueils des machines à mouvement perpétuel.

Leçon par Netta Schramm, animation par TED-Ed.

Aux alentours de 1159 ap. J.-C.,

un mathématicien appelé
Bhaskara l'Érudit,

esquissa un modèle de roue contenant
des réservoirs de mercure incurvés.

Il pensait qu'une fois
la roue en mouvement,

le mercure coulerait
au bas de chaque réservoir

laissant un côté de la roue
perpétuellement plus lourd que l'autre.

Ce déséquilibre permettrait à la roue
de continuer à tourner pour toujours.

L'esquisse de Bhaskara
fut un des premiers modèles

de machine à mouvement perpétuel,

un appareil qui peut
fonctionner indéfiniment,

sans aucune source d'énergie extérieure.

Imaginez un moulin à vent
qui créerait la brise

dont il a besoin pour continuer à tourner,

ou une ampoule dont l'éclat
lui fournit sa propre électricité.

Ces appareils ont capturé l'imagination
de beaucoup d'inventeurs

parce qu'ils pourraient transformer
notre rapport avec l'énergie.

Par exemple, s'il était possible de créer
une machine à mouvement perpétuel

qui inclurait des hommes
dans son système parfaitement efficace,

elle pourrait maintenir
la vie indéfiniment.

Il y a juste un seul problème :

elles ne fonctionnent pas.

Toutes les idées de machines
à mouvement perpétuel

violent une ou plusieurs lois
fondamentales de la thermodynamique,

la branche de la physique
décrivant les relations

entre différentes formes d'énergie.

La première loi
de la thermodynamique

dit que l'énergie ne peut
être créée, ni détruite.

L'énergie sortante ne peux pas être
supérieure à l'énergie entrante.

Cela écarte toute possibilité de machine
à mouvement perpétuel profitable,

parce qu'une machine
peut seulement produire

la quantité d'énergie qu'elle consume.

Il ne resterait rien pour alimenter
une voiture ou recharger un téléphone.

Et si vous vouliez juste que la machine

continue à se mouvoir par elle-même ?

Les inventeurs ont proposé pleins d'idées.

Plusieurs sont des variations
de la roue en déséquilibre de Bhaskara

avec des balles roulantes,
ou des poids sur des bras pivotants.

Aucune d'elles ne fonctionne.

Les parties en mouvement rendant
un côté de la roue plus lourd

déplacent aussi son centre de gravité
vers le bas, sous l'axe.

Avec un centre de gravité bas,

la roue ne fait que se balancer d'un côté
à l'autre, comme un pendule,

puis s'arrête.

Pourquoi pas une approche différente ?

Au 17ème siècle, Robert Boyle eut l'idée

d'un pot auto-irriguant.

Il émit l'hypothèse
que l'action capillaire,

- l'attraction entre
les liquides et les surfaces

qui pousse l'eau à travers
de minces tubes -

pourrait permettre à l'eau de continuer
à circuler en cycle autour du pot.

Mais si l'action capillaire était assez
forte pour surpasser la gravité

et faire remonter l'eau,

elle l'empêcherait aussi de tomber
de nouveau dans le pot.

Il existe aussi des versions avec
aimants, comme ce jeu de rampes.

La balle est supposée être tirée
vers le haut par l'aimant au sommet,

retomber à travers le trou,

puis répéter le cycle.

Celle-ci ne marche pas car,
comme le pot auto-irriguant,

l'aimant maintiendrait simplement
la balle au sommet.

Même si elle continuait
à se mouvoir malgré tout,

la force de l'aimant
diminuerait au fil du temps

et s'arrêterait finalement de fonctionner.

Pour que toutes ces machines
continuent à se mouvoir,

elles doivent créer
de l'énergie supplémentaire

pour pousser le système
au-delà du point d'arrêt

ce qui briserait la première
loi de la thermodynamique.

Certaines semblent continuer à se mouvoir

mais, en réalité, il s'avère qu'elles
puisent invariablement de l'énergie

d'une source extérieure quelconque.

Même si les ingénieurs
pouvaient inventer une machine

qui ne viole pas la première loi
de la thermodynamique,

elle ne pourrait toujours pas marcher dans
la réalité, à cause de la deuxième loi.

La deuxième loi de la thermodynamique

nous dit que l'énergie
a tendance à s'éparpiller

dans des procédés tels que la friction.

Toute machine réelle posséderait
des parties mobiles

ou des interactions avec l'air
ou les molécules liquides

qui génèreraient des quantités infimes
de friction et de chaleur,

même dans le vide.

Cette chaleur est
de l'énergie qui s'échappe,

et elle continuerait à s'échapper,

réduisant l'énergie disponible pour
faire mouvoir le système lui-même

jusqu'à ce que la machine
s'arrête inévitablement.

Jusqu'à présent, ces deux lois
de la thermodynamique

ont entravé toutes les idées
de mouvement perpétuel

et les rêves de générer de l'énergie

de façon parfaitement efficace
qu'elles impliquent.

Pourtant, il est difficile de conclure
que nous ne découvrirons jamais

une machine à mouvement perpétuel,

car il y a encore tant de choses que
nous ne comprenons pas sur l'univers.

Peut-être découvrirons-nous
de nouvelles formes exotiques de matière

qui nous forcerons à revisiter
les lois de la thermodynamique.

Ou peut-être existe-t-il
un mouvement perpétuel

aux infiniment petites
échelles quantiques.

Ce dont nous pouvons
raisonnablement être sûrs,

c'est que nous ne nous arrêterons
jamais de chercher.

Pour le moment, la seule chose
qui semble vraiment perpétuelle,

c'est notre quête !