De La puissance motrice du feu

Pour en arriver à nos voitures consommant des produits pétroliers, il aura fallu du temps et bien des tâtonnements. Tout le monde sait que sous le capot se trouve un moteur qui, en brûlant du carburant, fait avancer le véhicule, même si rarement on assiste au spectacle de cette combustion. La chaleur peut en effet servir à produire une force motrice1, ce qui constitue le coeur de la science appelée thermo­dynamique. Comment s'en convaincre ? En observant la nature tout d'abord, puis en parcourant l'histoire qui mena l'humanité à domestiquer de manière réellement efficace la puissance du feu. Il s'en est suivi un profond bouleversement du mode de vie de nos ancêtres, au cours de la révolution industrielle qui secoua l'Europe du XIXe siècle.
Lors des journées de beau temps, les randonneurs pyrénéens dont je suis ont souvent l'occasion d'observer l'évolution majestueuse des vautours, décrivant inlassablement des hélices à la verticale des versants ensoleillés. Sans un battement d'aile, les rapaces montent progressi­vement dans le ciel, utilisant intelligemment les courants d'air ascen­dants créés par le Soleil qui, frappant le sol, le réchauffe ainsi que l'air proche de sa surface. Devenu moins dense que celui qui le surplombe, cet air s'élève par l'effet de la poussée d'Archimède et fournit à nos vautours des moteurs gratuits.
Le soir venu, au refuge, il est souvent réconfortant d'allumer un feu de bois. Avec encore plus de violence en raison des températures y régnant, l'air chaud s'élève dans la cheminée, emportant au passage quelques braises, certes légères mais tout de même plus denses que l'air : tout comme les vautours (qui sont vivants mais se comportent en planeurs passifs), et bien qu'avec moins de subtilité en raison de leur manque total d'intelligence, ces braises s'interposent dans un flux de chaleur «naturel» pour en extraire une force motrice. Et même avec le chauffage central, il est toujours possible avec un peu de carton et une aiguille de construire un tourniquet qu'on placera sur le radiateur...
Ces observations (très primaires, mais largement confortées par d'abondants travaux scientifiques !) nous conduisent à proposer un schéma conceptuel général de ce qu'on nommera moteur thermique : c'est quelque chose qui vient s'interposer dans un flux «naturel» de chaleur, du chaud vers le froid, pour en détourner une partie qu'il transforme en énergie capable de produire un mouvement, appelé travail par les physiciens.