 
Citation: M. Henry, L. Schwartz (2019) Entropy export as the driving force of evolution. Substantia 3(2) Suppl. 3: 29-56. doi: 10.13128/Substantia-324 Copyright: © 2019 JM. Henry, L.Schwartz . l s’agit d’un article en accès libre, évalué par les pairs, publié par Firenze University Press (http://www.fupress.com/substantia) et distribué selon les termes de la licence Creative Commons Attribution, qui permet une utilisation, une distribution et une reproduction sans restriction sur n’importe quel support, à condition que l’auteur original et la source soient crédités.
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Marc Henry, Laurent Schwartz* Assistance Publique des Hôpitaux de Paris, Paris, France *Auteur correspondant : dr.laurentschwartz@gmail.com Résumé. Le concept d’entropie a été forgé au milieu du XIXe siècle pour prédire comment un système chimique peut subir une évolution spontanée dans le temps. A l’aube du vingtième siècle, quatre principes d’une nouvelle science appelée « thermodynamique » ont été fermement établis. Il s’agit du concept d’équilibre thermique (loi zéro), de la conservation de l’énergie (première loi), de l’augmentation spontanée de l’entropie au cours du temps (deuxième loi) et de la disparition de l’entropie au zéro absolu de température (troisième loi également appelée théorème de Nernst). Parmi ces principes, le plus gênant est la deuxième loi qui désigne les gaz comme le produit final de toute évolution dans un système fermé. D’après l’observation directe, il semble que les systèmes biologiques subissent une évolution spontanée, passant de gaz caractérisés par une entropie maximale à des structures hautement complexes affichant des entropies considérablement plus faibles, ce qui constitue une violation apparente de la deuxième loi. Cependant, il est aussi parfaitement permis de considérer la Terre comme un système ouvert capable de subir une diminution spontanée (locale) de l’entropie, à condition que l’entropie excédentaire puisse être exportée efficacement vers l’univers entier par le biais de photons infrarouges invisibles. À condition que l’entropie exportée sous forme de rayonnement infrarouge invisible soit beaucoup plus élevée que la diminution d’entropie observée sur la Terre, l’apparition de la vie sur cette planète devient pleinement conforme aux lois de la thermodynamique. Les conséquences d’un tel point de vue élargi prenant en compte tous les types de processus (réversibles et irréversibles) sont étudiées en profondeur dans cet article. Nous soutenons ici que la première condition permettant l’apparition spontanée de la vie sur Terre est l’existence d’un métabolisme, prenant la forme de cycles thermodynamiques capables de générer une grande quantité d’entropie en dégradant des systèmes moléculaires à faible entropie (nourriture) en composés moléculaires à haute entropie (déchets). Deux cycles possibles ont été identifiés, s’appuyant sur la très faible entropie du noyau métallique de la Terre pour générer des gaz réducteurs (tels que H2, CO, NH3, H2S) couplés à la faible entropie du rayonnement solaire (nourriture) et produisant des minéraux (tels que le serpentin, le sulfure métallique, la magnétite, la goethite) ainsi que des gaz à haute entropie (eau, dioxyde de carbone) comme déchets. L’important flux d’entropie généré par ces processus peut alors être utilisé pour construire des systèmes moléculaires à faible entropie basés sur des espèces carbonées réduites et des phosphates solubles que l’on observe dans toute cellule vivante. Une autre conséquence de cette approche est de souligner le rôle omniprésent joué par l’eau dans chaque caractéristique de la vie, à travers le concept d’ « activité de l’eau ». |
