Un carrefour animé sans feux de signalisation. Les voitures avancent, freinent, changent de voie — et de l'extérieur, on dirait un chaos total. Mais si on observe un peu plus longtemps, on remarque un rythme : le flux tantôt s'épaissit, tantôt s'amincit. En physique, ce rythme du désordre s'appelle entropie — elle indique à quel point un système est loin de l'équilibre calme, comme l'eau dans une bouilloire qui bout.
Jusqu'à présent, pour mesurer la vitesse à laquelle l'entropie augmente, il fallait connaître toutes les règles du mouvement — un peu comme avoir une carte détaillée du carrefour avec les habitudes de chaque conducteur. Mais dans une cellule vivante ou un flux turbulent, ces règles sont trop complexes ou tout simplement inconnues. L'auteur de ces nouveaux travaux propose de se passer de carte : il suffit d'enregistrer dans quel état se trouve le système (par exemple, « beaucoup de voitures — embouteillage » ou « peu de voitures — fluide ») et combien de temps dure l'observation. Les moments de transition et leurs causes n'ont pas d'importance — la méthode fonctionne comme un observateur patient sur un balcon, qui ne compte pas les manœuvres individuelles mais la vue d'ensemble.
Le secret de la méthode réside dans une idée simple : si le système oscille souvent entre les mêmes états, l'entropie augmente rapidement ; s'il reste figé longtemps, elle augmente lentement. Pas besoin de savoir pourquoi il passe d'un état à un autre — seulement la séquence de ces états. C'est un peu comme compter les calories d'un plat sans la recette : on ne connaît pas les ingrédients, mais on voit comment le poids de l'assiette change.
Cette approche est particulièrement précieuse en biologie et en nanotechnologie, où de minuscules moteurs comme la kinésine marchent le long de rails intracellulaires. On peut désormais évaluer leur efficacité simplement en suivant la position du moteur, sans avoir à le démonter jusqu'à la dernière vis. Ou, par exemple, comprendre à quel point une cellule cancéreuse est gaspilleuse par rapport à une cellule saine — à partir de la seule chronique de ses états.
Ce fameux carrefour du premier exemple peut maintenant être étudié sans connaître le code de la route. Il suffit de regarder par la fenêtre et de chronométrer — et vous saurez à quel point ce flux est loin d'une rue tranquille la nuit.
La vitesse de croissance de l'entropie chez les organismes vivants est étonnamment faible : si un humain dépensait de l'énergie avec la même efficacité qu'une ampoule, un seul sandwich lui suffirait pour toute une journée.