Un nouveau moteur réalise l’impossible et repousse les limites de la physique : une efficacité de 100 %

Les scientifiques affirment que ce moteur atteint une efficacité de 100 % en exploitant les fluctuations thermiques à l’échelle microscopique, ce qui n’avait jamais été réalisé auparavant

Une équipe de scientifiques affirme avoir mis au point un moteur qui brisent plus de deux siècles de compréhension des lois de la thermodynamique qui régissent la physique depuis l’époque d’Isaac Newton. Ils l’appellent « Gambling Carnot Engine » (littéralement « moteur aléatoire de Carnot ») et, selon le chercheur principal de l’étude publiée dans la prestigieuse revue scientifique Physical Review Letters, il atteint une efficacité de 100 % sans enfreindre la deuxième loi de la thermodynamique grâce au fonctionnement des processus physiques à l’échelle microscopique.

Selon Roldán, le terme « gambling » (jeu) est utilisé car cela ressemble à la façon dont les gens jouent au blackjack : des décisions sont prises en temps réel, en fonction du hasard et de l’état du système, afin de maximiser les gains. « Le moteur utilise le hasard, comme dans une partie de cartes, mais en suivant toujours des critères stricts et des mesures de rétroaction en temps réel », précise Roldán depuis le Centre international Abdus Salam de physique théorique à la publication Phys.org.

Fluctuations thermiques naturelles

La clé de cette avancée réside dans le fait que le moteur ne fonctionne pas à la vapeur ni avec de gros pistons, mais avec une minuscule particule de plastique en suspension dans l’eau, piégée et déplacée par des rayons laser. Contrairement aux moteurs classiques, le Gambling Carnot Engine tire parti des fluctuations thermiques naturelles qui provoquent le mouvement aléatoire des particules microscopiques. Le système observe en permanence la position de la particule et, lorsque l’événement approprié se produit (la particule traverse le centre du piège laser avant un délai limité), le cycle passe automatiquement à la phase suivante, permettant ainsi d’extraire du travail sans coût énergétique supplémentaire.

Cette exploitation du hasard s’inspire du paradoxe de Maxwell, en utilisant un « démon » ou un contrôleur externe. La machine peut choisir le moment optimal pour intervenir, exactement comme le joueur de blackjack choisit quand s’arrêter ou demander une carte pour gagner plus à chaque main. Il en résulte que, dans la limite de cycles très lents et avec un contrôle suffisant sur le système, le moteur convertit toute l’énergie thermique absorbée en travail utile, atteignant ainsi une efficacité théorique de 100 %.

Cependant, le truc réside dans la manière dont l’efficacité est mesurée. Roldán et son équipe expliquent que leur système respecte les lois de la physique classique et que ce n’est qu’en parlant du processus strictement thermique, sans compter le coût du traitement des informations nécessaires, que l’on peut dépasser la célèbre limite de Carnot. « Si l’on ajoute au calcul le coût de la suppression ou du traitement de toutes les informations collectées, le rendement total respecte à nouveau les limites classiques », souligne le chercheur.

Échelle microscopique

En termes pratiques, cette technologie serait limitée, pour l’instant, à des applications à l’échelle microscopique, telles que la création de nanomachines ou de moteurs minuscules dans les laboratoires et en médecine. Mais le fait que les expériences et les simulations aient été réalisées avec des paramètres réels suggère que nous pourrions voir des prototypes fonctionnels d’ici peu. Selon les auteurs, le principal défi consistera à développer des systèmes de détection et de contrôle à des fréquences supérieures à 100 000 mesures par seconde afin d’appliquer la stratégie optimale.

Si ce paradigme se confirme en laboratoire, la possibilité d’obtenir des moteurs ou des générateurs qui exploitent mieux le désordre microscopique pourrait révolutionner l’efficacité des dispositifs à l’échelle nanométrique, des systèmes biomédicaux aux capteurs intelligents. « Nos idées sont une preuve de concept. Mais elles annoncent une nouvelle génération de nanomachines efficaces qui repoussent les limites classiques, inspirant des conceptions réalistes là où cela semblait auparavant impossible », conclut Roldán.