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Réchauffer et refroidir sont deux actions fondamentalement différentes

Réchauffer et refroidir sont deux actions généralement perçues comme étant le miroir l’une de l’autre, les deux faces d’une même pièce. C’est ce que dit la sagesse populaire, mais aussi ce que suggèrent les lois de la thermodynamique, cette branche de la physique qui étudie les relations entre des phénomènes thermiques et mécaniques.

Mais une étude parue en début d’année dans Nature Physics et relayée par New Scientist suggère que ces deux actions, réchauffer et refroidir, sont en fait fondamentalement asymétriques et évoluent selon des voies distinctes. En tout cas à toute petite échelle.

Les chercheurs ont utilisé une sphère de silice microscopique qu’ils ont chauffée ou refroidie à l’aide d’un champ électrique. Ils ont mesuré le temps que la microbille mettait pour passer d’une température à une autre, selon qu’elle était chauffée ou refroidie, et ils ont observé à quel point elle s’agitait et se déplaçait au cours de chaque processus, mesurant ces mouvements. Ils ont répété l’expérience des dizaines de milliers de fois et ont repéré que ces états de la microbille n’évoluaient pas de la même manière.

Un nouveau cadre théorique nécessaire

“Nous constatons que le réchauffement est non seulement plus rapide que le refroidissement, mais aussi que ces processus obéissent à des mécanismes fondamentalement différents, que nous expliquons au moyen d’un nouveau cadre théorique, la ‘cinématique thermique’”, écrivent les auteurs.

“C’est un travail très intéressant”, assure à New Scientist Janet Anders, de l’université d’Exeter, au Royaume-Uni, qui n’a pas participé aux travaux. Selon elle, l’effet découvert par Aljaz Godec, de l’institut Max Planck pour les sciences multidisciplinaires à Göttingen, en Allemagne, et son équipe pourrait presque être considéré comme une loi supplémentaire de la thermodynamique. Elle complète :

“Il est très important de réfléchir à ce que cela pourrait expliquer dans la nature.”

“Cette différence [entre réchauffement et refroidissement] pourrait être la clé pour améliorer l’efficacité de systèmes microscopiques, tels que les micromachines ou micromoteurs thermiques”, imagine Aljaz Godec, premier auteur de l’étude.

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