Entropie des systèmes vivants, par Marc Henry
Réhabiliter le concept d’entropie
Marc Henry commence par remercier les organisateurs, tout en soulignant avec humour leur optimisme d’avoir voulu traiter la question de l’entropie en vingt minutes. Son intention est clairement annoncée : il veut « réhabiliter » ce concept.
Selon lui, l’entropie est le plus souvent associée au désordre, au chaos, à quelque chose qu’il faudrait éviter. Or, lorsqu’on observe un système vivant, on a l’impression qu’il fait exactement l’inverse : il part d’éléments désordonnés, puis les assemble pour former des structures organisées. Cela conduit souvent à penser que la vie lutte contre l’entropie.
Marc Henry défend au contraire l’idée suivante : l’entropie est à la base de la vie. Ce n’est pas la seule manipulation de l’énergie qui permet au vivant d’exister, mais bien la manipulation de l’entropie.
Une notion difficile à définir, mais possible à comprendre
Il explique qu’il est pratiquement impossible de définir rigoureusement l’entropie de manière simple et universelle. Depuis environ cent cinquante ans, beaucoup s’y sont essayés, avec souvent des contradictions. En revanche, on peut en parler et en comprendre le rôle.
L’idée essentielle qu’il met en avant est que l’entropie est une grandeur qui peut s’échanger. On ne la voit pas directement, mais on peut l’acquérir, la donner, la transférer.
Il insiste aussi sur une différence majeure entre énergie et entropie :
- l’énergie se conserve ;
- l’entropie peut être créée.
Pour lui, c’est un point central pour comprendre le vivant. Une cellule, par exemple, ne « se conserve » pas au sens où l’énergie se conserve : elle crée, transforme, produit. Et l’entropie possède justement cette propriété d’être produite.
L’entropie comme un fluide manipulable
Marc Henry décrit l’entropie comme quelque chose qui peut être produite de multiples façons :
- en frottant ;
- en broyant ;
- en chauffant ;
- par la chimie ;
- par le métabolisme.
Si l’on veut empêcher son transfert, on peut aussi le faire avec ce qu’il appelle des parois adiabatiques. Ainsi, sans prétendre définir l’entropie de façon abstraite, il propose de la voir comme une sorte de « fluide » que l’on peut manipuler.
Cette manière de présenter les choses permet selon lui de rendre la notion plus intuitive.
Absorber ou rejeter l’entropie
La règle qu’il propose est simple :
- si un système absorbe de l’entropie, il perd de la structure ;
- si un système se structure, c’est qu’il rejette de l’entropie.
Autrement dit, tout système structuré qui absorbe de l’entropie se déstructure. Par conséquent, un système vivant, puisqu’il se structure et maintient sa structure, doit nécessairement rejeter de l’entropie.
C’est là, selon Marc Henry, la clé de la vie : créer beaucoup d’entropie pour la rejeter vers l’extérieur. La vie ne consiste donc pas à supprimer l’entropie, mais à la produire puis à l’évacuer.
Il ajoute que l’absorption d’entropie a plusieurs conséquences observables :
- cela chauffe ;
- cela modifie la forme ou le volume ;
- cela disperse.
Mesurer l’entropie
Marc Henry insiste sur le fait que l’entropie n’a rien d’une notion ésotérique réservée à quelques spécialistes. C’est quelque chose qui se mesure très précisément.
Il prend l’exemple d’un calorimètre avec de la glace. La quantité de glace fondue est directement proportionnelle à la quantité d’entropie produite. On peut donc mesurer cette grandeur de façon très concrète.
L’objectif de cette remarque est de sortir l’entropie du registre du flou ou du purement théorique.
Le rôle du rayonnement infrarouge
Une partie importante de l’exposé porte sur le rayonnement. Marc Henry rappelle qu’il y a aussi de l’entropie dans le rayonnement.
Le Soleil éclaire la Terre principalement avec de la lumière visible. La Terre, de son côté, évacue un flux important d’entropie sous forme de rayonnement infrarouge. C’est là que se situe, selon lui, un mécanisme fondamental.
Ce rayonnement infrarouge n’est pas visible à l’œil humain. Ainsi, ce que l’on perçoit sur Terre, c’est une augmentation d’ordre, de structure, de complexité. Mais en réalité, cette structuration est rendue possible par un flux massif d’entropie rejeté vers l’espace sous forme d’infrarouge.
La capacité à évacuer cette entropie vers l’espace interstellaire est donc, dans sa présentation, la condition même de la structuration des systèmes vivants.
Complexification du vivant et bilan global d’entropie
Marc Henry prend ensuite l’image de la spirale de l’évolution. Si l’on regarde uniquement la complexification croissante du vivant, on a l’impression que l’entropie diminue, puisque les systèmes deviennent de plus en plus organisés.
Mais si l’on tient compte du rayonnement infrarouge émis en même temps, on constate qu’en réalité une grande quantité d’entropie a été envoyée dans l’univers. La complexification locale du vivant s’accompagne donc d’une augmentation globale de l’entropie évacuée.
C’est cette dissociation entre ce qui se structure localement et ce qui est rejeté globalement qui permet, selon lui, de résoudre l’apparente contradiction entre vie et second principe de la thermodynamique.
Entropie et information
Marc Henry introduit ensuite le lien entre entropie et information. Il précise qu’il ne peut pas entrer dans tous les détails, mais affirme que les deux notions sont étroitement liées, au point qu’on peut les considérer ici comme synonymes.
Il avance deux formulations :
- avoir beaucoup d’entropie, c’est avoir beaucoup d’information ;
- avoir peu d’entropie, c’est avoir peu d’information.
Il justifie cela par le fait qu’en théorie de l’information et en thermodynamique, on retrouve la même formule mathématique pour calculer soit la quantité d’information, soit la quantité d’entropie.
À partir de là, il propose une autre règle :
- si l’on accumule de l’information, on peut se déstructurer.
Il en déduit qu’il faut aussi savoir manipuler l’information avec précaution.
Application à la biodiversité
Après ces considérations théoriques, Marc Henry passe à la mise en œuvre des concepts dans le cas de la biodiversité, notamment dans les sols.
Il évoque la diversité des organismes qu’on peut rencontrer dans un sol ou dans un écosystème :
- micro-organismes ;
- microfaune ;
- mésofaune ;
- macrofaune.
Il introduit alors ce qu’il appelle « l’équation de la vie », en rappelant que, d’après le second principe de la thermodynamique, la production d’entropie doit rester positive. Cette production peut toutefois être répartie de différentes manières :
- libération de chaleur ;
- consommation de nourriture ;
- création de biomasse ;
- génération de déchets.
La vie consiste alors à jouer sur les contributions relatives de ces différents termes, tout en respectant la contrainte globale : au total, la production d’entropie doit rester positive.
Pour Marc Henry, un sol vivant est particulièrement capable de « jouer » avec ces différents termes.
Exemple simplifié de biodiversité des sols
Il propose ensuite un exemple volontairement simple, composé d’animaux visibles du sol :
Il compare plusieurs sols contenant différents nombres d’espèces et différentes répartitions des individus. La question qu’il pose est : quel sol possède le plus d’entropie, ou, si l’on préfère, le plus d’information ?
Intuitivement, on comprend vite qu’un sol avec seulement deux espèces est défavorable. Mais lorsque le nombre d’espèces et d’individus devient très grand, il devient difficile de comparer à l’œil nu. C’est là que les outils issus de l’entropie deviennent utiles.
Les nombres de Hill et les entropies de Rényi
Marc Henry introduit alors les nombres de Hill, ou leur logarithme, appelés entropies de Rényi. Il s’agit d’outils mathématiques permettant de quantifier la diversité.
Le principe est de partir de la probabilité d’observer chaque espèce, d’élever cette probabilité à un certain ordre q, puis d’effectuer l’opération mathématique correspondante. On obtient alors une mesure numérique de la diversité.
Un cas simple est celui de q = 0, qui correspond à la richesse spécifique, c’est-à-dire simplement au nombre d’espèces.
Dans son exemple :
- certains sols ont la même richesse spécifique ;
- un autre est intermédiaire ;
- le sol le plus pauvre n’a que trois espèces ;
- le plus mauvais est celui qui n’en a que deux.
Mais l’intérêt de la méthode est précisément de permettre des comparaisons plus fines entre des sols qui, à première vue, pourraient sembler équivalents.
Les profils de diversité
Pour départager les sols, Marc Henry présente les profils de diversité. Il s’agit de calculer la formule pour plusieurs valeurs de q, puis de tracer les résultats sous forme de courbe.
Ces courbes permettent de visualiser la diversité selon l’importance que l’on accorde aux espèces rares ou dominantes.
Dans l’exemple présenté :
- le meilleur sol est celui dont la courbe est la plus haute ;
- un sol peut être meilleur pour certaines valeurs de q et moins bon pour d’autres ;
- le sol le plus pauvre apparaît immédiatement comme très défavorable sur tout le profil.
Selon Marc Henry, cette méthode permet de classer très facilement les sols en termes de biodiversité.
Il s’étonne même que cette approche ne soit pas davantage utilisée.
Les indices d’équitabilité
Au-delà du nombre d’espèces, il souligne l’importance de leur répartition. Une biodiversité est jugée plus intéressante lorsque les espèces sont réparties de façon équitable, sans qu’une seule ne domine excessivement les autres.
À partir des entropies de Rényi, on peut calculer des indices d’équitabilité. Ceux-ci permettent de classer les sols selon la manière dont les individus se répartissent entre les espèces.
Dans son exemple :
- le sol le plus équitable est aussi le numéro 4 ;
- viennent ensuite les sols 1 et 3 ;
- le sol 2 est le moins équitable.
Similarité entre échantillons de sol
Marc Henry évoque aussi le cas où l’on prélève plusieurs échantillons d’un même sol. On peut alors chercher à savoir si le sol est homogène ou si certaines zones présentent une biodiversité différente des autres.
Pour cela, on définit différentes régions ou différents relevés, puis on compare :
- la diversité locale de chaque échantillon ;
- la diversité totale de l’ensemble.
On peut ainsi calculer un indice de similarité global, par exemple de 48 %, montrant que tous les échantillons ne sont pas identiques.
Il est également possible de comparer les sols deux à deux grâce à des indices de similarité par paires. Cela permet de voir quels sols se ressemblent le plus et lesquels diffèrent fortement.
Une invitation à comparer les pratiques agricoles
Marc Henry souligne qu’avec de simples relevés de biodiversité, il est donc possible de classer les sols.
Il avance alors une remarque provocatrice : si l’on compare un sol en biodynamie à un sol en agriculture chimique à l’aide de ces indices, il faut accepter l’éventualité que les résultats ne confirment pas toujours les attentes idéologiques. Si, par exemple, un sol en agriculture chimique obtenait de meilleurs indices qu’un sol en biodynamie, cela poserait un problème pour certaines certitudes.
Mais, selon lui, c’est précisément pour cette raison qu’il faut faire ces mesures. Quand on parle de biodiversité, il faut aller jusqu’à la quantification rigoureuse.
Le déclin de la biodiversité mondiale
Marc Henry s’appuie ensuite sur le rapport Planète vivante du WWF de 2018 pour rappeler que la biodiversité est en forte chute à l’échelle globale.
Pour lui, cette baisse a une signification thermodynamique : moins il y a d’espèces, moins il y a de capacité à dissiper l’entropie. Or, dissiper l’entropie est précisément ce qui permet à la vie de maintenir sa structure.
Plus la biodiversité est grande, plus le système est capable d’évacuer l’entropie. À l’inverse, si cette capacité diminue, la déstructuration menace.
Changement climatique et blocage de l’évacuation de l’entropie
Marc Henry relie cette idée au changement climatique. Selon lui, la planète est en train de se déstructurer parce qu’elle n’arrive plus à évacuer correctement son entropie sous forme d’infrarouge.
La raison de ce blocage est connue : les gaz à effet de serre renvoient une partie du rayonnement infrarouge vers le sol au lieu de le laisser s’échapper vers l’espace.
Dans cette lecture, le problème fondamental est que la planète « mange » son entropie au lieu de l’évacuer. Et lorsqu’un système absorbe son entropie, il se déstructure.
La solution proposée est alors claire dans son principe : il faut commencer par mesurer les bons indices afin de vérifier que l’on maximise bien l’évacuation de l’entropie vers l’espace, qui est selon lui sa destination normale.
« Faire quelque chose pour la planète » ?
Marc Henry pousse ensuite un « coup de gueule ». Il dit en avoir assez d’entendre des discours du type : « je fais ça pour la planète ».
Selon lui, on ne fait pas les choses « pour la planète », mais pour nous-mêmes. La planète, affirme-t-il, se moque de nous. Elle a traversé de multiples crises et extinctions de masse sans disparaître.
Il rappelle qu’au cours de son histoire, la Terre a déjà connu plusieurs extinctions massives. Pourtant, elle ne s’est pas arrêtée pour autant. En revanche, les espèces qui vivaient à ces époques, elles, ont souffert et ont disparu.
Son message est donc le suivant : le véritable enjeu n’est pas de « sauver la planète », mais d’éviter notre propre disparition en tant qu’espèce.
Ordre des sociétés humaines et exportation de l’entropie
Marc Henry élargit ensuite la réflexion aux sociétés humaines. Il prend l’exemple de pays comme la France ou les États-Unis, qu’il décrit comme des pays « civilisés », caractérisés par l’ordre, la structure, la prévisibilité.
Pourquoi ces sociétés sont-elles aussi structurées ? Sa réponse est la même : parce qu’elles créent un énorme flux d’entropie pour générer cette complexité.
Mais cette entropie produite doit être évacuée. En principe, dit-il, elle devrait partir sous forme d’infrarouge vers l’espace. Or ce ne serait pas ce que font réellement nos sociétés.
Selon lui, les sociétés développées exportent une partie de leur flux d’entropie vers les pays en voie de développement. Et ces pays, recevant cette entropie, manifesteraient davantage de désorganisation et de chaos.
Il en conclut que plus certaines sociétés avancent vers davantage d’ordre, plus d’autres peuvent être entraînées vers la déstructuration si elles absorbent ce flux d’entropie.
Son idée centrale reste la même : l’entropie doit être évacuée vers l’espace, pas vers d’autres peuples ou d’autres territoires.
Conclusion de l’exposé
Marc Henry conclut en espérant avoir convaincu son auditoire de l’importance de regarder l’entropie de plus près.
Son message principal est que l’entropie ne doit pas être comprise uniquement comme désordre ou chaos. Elle est au contraire une clé de compréhension du vivant, de la biodiversité, du fonctionnement de la planète et même de l’organisation des sociétés humaines.
La vie ne se maintient pas en supprimant l’entropie, mais en la produisant puis en la rejetant vers l’extérieur, notamment sous forme de rayonnement infrarouge.
Échange final avec le modérateur
À la suite de l’exposé, le modérateur souligne que, malgré la brièveté du temps imparti, Marc Henry a réussi à faire passer plusieurs messages forts. Il ajoute que, même sans entrer dans tous les détails, le « cri » ou l’alerte formulée pendant l’intervention est bien passé.
Marc Henry précise alors encore son propos : dans la nature, tout est affaire d’entropie ; l’énergie n’est qu’un moyen. Il invite donc à cesser de raisonner uniquement en termes de bilans énergétiques. Selon lui, l’énergie suit toujours le flux d’entropie ; il faut donc se préoccuper d’abord de l’entropie, puis de l’énergie nécessaire pour faire bouger les choses.
Interrogé de manière concrète sur ce qu’il faudrait faire, notamment face au CO2, il répond qu’il faut changer nos habitudes de vie et, surtout, faire des sols vivants capables de fixer le carbone. Il estime que les agriculteurs sont en première ligne pour agir sur ce point. Selon lui, il suffit d’augmenter la biodiversité pour que des solutions apparaissent automatiquement. L’agriculture détiendrait ainsi une part essentielle de la clé.
Enfin, il reconnaît que cette vision de l’entropie lui a demandé quarante ans de travail pour être comprise et clarifiée. S’il la partage maintenant, c’est précisément parce qu’il pense avoir réussi à débroussailler un peu ce concept souvent mal compris et trop souvent réduit à l’idée simpliste de chaos.
