Moteurs vivants et chaleur express
Une cellule, c'est une ville où des moteurs minuscules travaillent sans arrêt. Ils transportent des charges, font battre les cils et contractent les muscles. Tout ce travail dégage de la chaleur, comme un moteur de voiture qui chauffe. Mais mesurer cette chaleur pour un moteur individuel de quelques nanomètres n'est pas une mince affaire.
La modélisation stochastique permet d'entrevoir ce monde. Les scientifiques ont construit des modèles simples : l'un décrit le mouvement des cils (comme des rameurs dans une barque), l'autre le fonctionnement d'un moteur moléculaire qui progresse le long d'un filament, tel un funambule sur son fil. Ils ont ensuite calculé comment la capacité thermique d'un tel système varie en fonction des paramètres.
Une capacité thermique négative n'est pas un paradoxe, mais la conséquence du fait que le système dépense de l'énergie pour travailler, et non pour se réchauffer. C'est comme un réfrigérateur qui refroidit en consommant de l'électricité. Dans les cellules vivantes, de tels effets pourraient être la clé pour comprendre comment les moteurs coordonnent leurs actions.
Cette approche — la calorimétrie en conditions hors équilibre — ouvre une nouvelle voie pour étudier les machines biologiques. En mesurant la chaleur, on peut comprendre comment elles fonctionnent, sans interférer avec leur mouvement.
La capacité thermique négative existe aussi en astrophysique : les amas d'étoiles peuvent se refroidir en cédant de l'énergie, tout en s'échauffant à l'intérieur.
Dans le roman de Stanislas Lem « Solaris », l'océan de la planète manifeste une activité difficile à expliquer par la physique ordinaire. La capacité thermique négative est un exemple de la façon dont les systèmes vivants transgressent les lois habituelles de la thermodynamique.