THERMODYNAMIQUE Quand ses lois passent à l’échelle quantique

Forgés dans le creuset de la première révolution industrielle, les concepts de la thermodynamique s’exportent depuis peu vers le monde quantique. Un changement d’échelle qui donnera naissance à des moteurs sans équivalent classique. Mais seront-ils sobres en énergie ?

La technologie crée des machines dont le rôle est d’exécuter des tâches en lieu et place des hommes. Le XIXe siècle a ainsi vu l’émergence de machines fonctionnant à base de chaleur : les machines thermiques, dont l’exemple le plus célèbre, la locomotive, symbolise la première révolution industrielle. Les bouleversements qui en ont résulté auraient été impossibles sans un dialogue constant entre ingénieurs et physiciens. Les seconds ont fourni aux premiers un cadre pour optimiser les performances des machines thermiques : la thermodynamique. En retour, la thermodynamique donnait naissance au concept fondamental de flèche du temps, fermant la boucle entre fondements et applications.

Les concepts de la thermodynamique sont universels, si bien qu’elle a éclairé des disciplines aussi diverses que le traitement du signal, l’informatique, la biologie, les neurosciences… Mais sa rencontre récente avec l’une des grandes révolutions scientifiques du XXe siècle, la physique quantique, a offert un point de vue radicalement neuf sur les liens intimes entre temps, énergie et information aux échelles ultimes : c’est le domaine de la thermodynamique quantique.

De prime abord, la fusion de ces disciplines a de quoi surprendre. Là où la thermodynamique s’intéresse à de vastes

De plus en plus d’instruments de précision reposent sur des phénomènes quantiques. Comment évaluer leur coût énergétique ? De nombreux laboratoires s’intéressent à cette question. Par exemple, Simone Gasparinetti et son équipe, à l’université Chalmers, en Suède, utilisent les outils de la thermodynamique quantique pour étudier comment réduire l’empreinte énergétique des horloges atomiques.