L'erreur de la théorie cinétique

Qui n’a jamais remarqué le frémissement des feuilles des arbres, signe du passage d’un souffle qui vient d’ailleurs et qui continue sa course. Ne montre-t-il pas que les courants d’air possèdent une certaine solidité ? Qu’ils subsistent, même après avoir rencontré des obstacles qui auraient dû les diviser ?

Ce constat nous suggère que la théorie cinétique des gaz n'est pas forcément juste. En fait, nous allons voir que les différentes propriétés des gaz n'ont pas besoin d'elle. Qu'une simple force de répulsion permet de les expliquer, et que cette force est de toute façon nécessaire au bon fonctionnement de la théorie cinétique.


 Que dit précisément la théorie cinétique ? 

La pression des gaz viendrait d'un bombardement moléculaire incessant des parois des récipients qui les contiennent. L'augmentation de la température donnerait aux molécules une vitesse plus élevée. Les gaz chauds seraient plus légers que les froids parce que leurs molécules se repousseraient davantage.

Les courants d’air, seraient : « un mouvement global d’innombrables molécules qui, en dépit de leurs mouvements propres très rapides, incohérents, en toutes directions, ont un déplacement d’ensemble dans le même sens, beaucoup plus lent.»1

Aux mêmes températures et pressions, les molécules se déplaceraient plus ou moins vite en fonction de leur poids pour avoir la même énergie. A 0°Celsius, les molécules du gaz carbonique (CO2) se bombarderaient à 362 m/s, celles d'oxygène (O2) à 425 m/s, et celles très légères d'hydrogène (H2), à 1755 m/s.

Pour corroborer cela, la théorie fait appel à des images suggestives, comme dans cette description de l'évaporation : « Dans un liquide, les molécules se déplacent à différentes vitesses, à peu près selon la distribution de Maxwell. Elles sont maintenues dans cet état par d’importantes forces d’attraction qui s’exercent entre elles et qui les empêchent de s’éloigner les unes des autres. Cependant, une molécule dotée d’une grande vitesse et se trouvant à proximité de la surface du liquide peut s’en échapper momentanément. Toutefois les forces d’attraction des autres molécules la ramèneront à cette surface – tout comme une pierre lancée dans les airs retombe sur terre – à moins que sa vitesse ne soit considérable. Dans ce cas la molécule s’échappera du liquide comme une fusée se libère de l’attraction de la terre, et passera à l’état gazeux… Ce sont les molécules les plus rapides qui quittent la surface du liquide ; ainsi la vitesse moyenne de celles qui y restent diminue, entraînant un abaissement de la température absolue. L’évaporation constitue donc un processus de refroidissement. »2

1 Extrait du manuel scolaire de R. Faucher chez Hatier. 1966 p.224.
2 Extrait de « Physique Générale : Mécanique et Thermodynamique de Douglas C. Giancoli page 452 » consultable sur le Web.

 Des exigences impossibles à tenir 

D'après la théorie, les molécules des gaz rebondiraient donc les unes contre les autres comme le feraient des balles parfaitement élastiques, sans jamais perdre leur énergie. Arrêtons-nous un instant sur ce que cela signifie concrètement. Imaginons le trajet d’une molécule d’oxygène grossie un milliard de fois.

Elle serait alors un objet d'environ 13 cm de diamètre qui se déplacerait en moyenne à 425 milliards de mètres par seconde – ou 425 millions de kilomètres par seconde –. Mais que se passerait-il dans le cas d'un heurt frontal avec une molécule identique ? Nous verrions leur énorme vitesse devenir nulle, puis grandir jusqu’à la même valeur dans le sens opposé. Elles subiraient donc des énormes changements de vitesses et de directions. Est-ce compatible avec un volume moléculaire rigide ? Évidemment non ! Les chocs élastiques exigés par la théorie cinétique impliquent donc que le volume des molécules soit très élastique, et qu'elles possèdent aussi une force de répulsion d'une puissance incalculable.

Que savons-nous de cette élasticité moléculaire ? Où la situer et la limiter ? Correspond-elle au volume des molécules à l’état solide ? Il faut aussi penser que plus cette zone répulsive est mince, plus cela implique des vitesses de ralentissement et d’accélération considérables. La théorie cinétique ne nous dit rien sur la force qui pourrait produire cette répulsion, hormis qu’elle serait liée à la chaleur, ce que dit aussi la thèse de la force répulsive que je défends.

En fin de compte, pour expliquer la pression des gaz, nous n’avons nullement besoin d’un déplacement rapide des molécules. Il suffit qu’elles possèdent une force de répulsion, une force qui peut venir de mouvements internes, et qui est, de toute façon, nécessaire au fonctionnement de la théorie cinétique.

La nouvelle optique 

Voici comment l’évaporation doit se passer.
Dans les liquides, les molécules sont maintenues proches les unes des autres par des forces d’attractions ou de liaisons. Mais elles possèdent aussi une force contenue de répulsion proportionnelle à leur température. Elle est contenue, jusqu'à ce qu'elle dépasse les forces d'attractions. Passé ce seuil, l'éloignement qui se produit amène ces dernières à s'effondrer d'un seul coup, d'où une expulsion brutale et puissante du liquide, sans aucun retour en arrière possible.

Les molécules des surfaces seraient les premières à pouvoir se libérer, du fait qu'elles sont les moins attachées. Les surfaces les plus propices à l'évaporation seraient celles des très petites gouttelettes. Et les surfaces les moins propices, celles des bulles de gaz qui se forment à l'intérieur des liquides au moment de l'ébullition.

A l'état naturel, l'énergie de leur libération –-- due à un brusque changement de leur diamètre et volume ---, est rapidement absorbée par les heurts avec les autres molécules gazeuses, du fait que toutes ont une masse, une masse qui ne se déplace pas sans consommer de l'énergie. A quelques centimètres au dessus des liquides, les molécules libérées n'ont donc plus qu'une faible vitesse, du fait qu'elles en ont repoussées des millions. Mais ce n'est pas le cas dans les générateurs de vapeur des centrales nucléaires et thermiques, où tout est fait pour accélérer la vitesse des molécules.

 Les transferts de chaleur 

Pourquoi le fait de transpirer quand nous avons trop chaud nous rafraîchit ? 
Pourquoi l’évaporation produit-elle du froid ?

La proximité entre les molécules au sein des liquides et des solides leur permettrait de mettre en commun une partie de leur chaleur, de la même façon que des atomes partagent leurs électrons. En se séparant du groupe, elles emporteraient une partie de la chaleur du liquide qui, pour retrouver un équilibre, pomperait de la chaleur à son environnement. D’où le rafraîchissement que produit l'évaporation.

Finalement, ce mécanisme est comparable à ce que nous vivons dans la société. Quand nous nous unissons, nous nous débarrassons des biens que nous avons en double ; et inversement, nous les rachetons quand nous nous séparons. Plus la société est divisée, plus elle a besoin de biens. De même pour les éléments chimiques. Plus ils sont divisés, plus ils ont besoin de chaleur. D’où des mouvements thermiques incessants.

Mais ces incessants mouvements de la chaleur (qui entre et sort), ont une autre conséquence importante. Quand une molécule quitte le groupe, et qu'il se retrouve donc en manque de chaleur, les premières qui en pâtissent sont celles qui étaient prêtes à partir. Du fait que la température de ces candidates diminue brutalement, elles réintègrent très rapidement le liquide. On peut en déduire que la surface des liquides doit onduler, avec d’autant plus de vigueur que l’évaporation est importante. Ce phénomène devenant extrême quand l’eau se met à bouillir. Mais on peut penser qu'il doit exister à tous les niveaux de température à partir du point appelé triple, où l'évaporation commence.

 Le mouvement Brownien 

Les molécules de l'air (et de tous les gaz) étant peu soumises à l'attraction intermoléculaire, du fait de l'importance de la distance qui les sépare, elles peuvent se mouvoir très librement. Elles sont ainsi particulièrement sensibles à tous les courants de convection, et à tous les mouvements induits par des sons et des objets qui se déplacent. Elles sont donc bien agitées, comme le dit la théorie cinétique, mais sans posséder d'énergie.

Le mouvement incessant des petites particules de la taille des pollens et des poussières, qui est appelé Brownien, pour rendre hommage au botaniste écossais Robert Brown (1773-1858). Est-il la preuve visible du bombardement moléculaire ? On comprend que la réponse est non, parce qu'il peut aussi venir d'une agitation dépourvue d'énergie ; de mouvements venant des variations de températures, des vibrations et ondulations physiques des gaz ; de leur recherche d'un meilleur équilibre. Ces multiples variations doivent logiquement créer des espaces propices au mélange des substances, et favoriser le déplacement lent des poussières et petites particules.

 La diffusion des odeurs 

Grâce aux animaux dotés d’un bon odorat, nous savons que les molécules des odeurs se propagent facilement dans l’air. Un chien ne met pas longtemps pour capter une odeur à des centaines de mètres de lui, et nous pourrions facilement calculer à quelle vitesse une odeur se propage en l’absence de vent. D’après la théorie cinétique leur propagation viendrait du fait que ces molécules seraient bombardées par celles de l’air se déplaçant à des centaines de mètres par seconde. Mais dans ce cas, comment expliquer le fait que les odeurs ne puissent pas remonter des petites brises qui vont à une vitesse inférieure à 5 m/s, comme nous le prouvent les prédateurs des savanes qui peuvent s’approcher très près de leurs proies sans se faire repérer ? Les odeurs seraient-elles incapables d’aller contre un très lent déplacement collectif des molécules de l’air, alors qu’elles se déplaceraient individuellement à des vitesses cent fois plus rapides dans toutes les directions ? Ces deux faits étant inconciliables, ils discréditent la théorie cinétique.

 Le mélange des sirops 

Si le bombardement moléculaire était une réalité, nous devrions aussi assister au mélange des sirops avec l’eau. Quand nous versons de l'eau sur un sirop, nous savons qu’il se mélange parfaitement. Mais quand nous versons un sirop dans un verre qui contient de l'eau, nous savons qu'il ne se mélange pas. Pourquoi ? Parce que dans le premier cas, les molécules légères de l’eau frappent le fond du verre, puis se dispersent et remontent, entraînant le sirop qui se trouve ainsi bien mélangé. Alors que lorsque nous versons le sirop sur l’eau, ses molécules vont directement au fond du verre, du fait qu'elles sont plus lourdes. C’est encore une observation simple qui discrédite l’hypothèse du déplacement des molécules au sein des liquides.

 La viscosité 

La viscosité dépend de la pression et de la température, mais d'une façon opposée entre les gaz et les liquides. Parce que chez les gaz, l’augmentation de la pression ne peut que rapprocher les noyaux, alors que chez les liquides elle peut les éloigner. Parce qu'en obligeant leurs molécules à se décaler, on affaiblit les forces d'attractions intermoléculaires. Elles sont donc moins bien liées, ce qui rend les liquides plus fluides, ou moins visqueux.

 L'hypothèse d’Avogadro 

Nous savons que les mêmes volumes de gaz, aux mêmes pressions et températures, contiennent le même nombre de molécules. Ce fait est connu sous le nom d'hypothèse d'Avogadro, d'après le physicien italien qui l'a proposé en 1811.

On a voulu expliquer ce phénomène à l'aide de la théorie cinétique. On a calculé la vitesse des molécules pour qu'elles exercent toute la même pression. Le fait d'avoir trouvé cette explication a beaucoup contribué à faire accepter la théorie cinétique. Mais rien ne prouve que cette explication soit juste et qu'il n'y en ait pas d'autres.

Il est clair que le fait de réussir à lier des faits entre eux nous séduit, mais il ne doit pas nous faire croire que toutes les explications trouvées sont valables !

 Pourquoi changer d'optique ? 

Le but n'est pas de changer d'optique pour le plaisir de changer d'optique, mais de parvenir à la vérité, parce qu'une vision erronée de la réalité peut nous faire passer à côté de découvertes essentielles.

Par exemple, dans le domaine de l'énergie du vent, la théorie cinétique tend à discréditer l'idée que les courants d'air seraient de très longs trains de molécules qui dévieraient de leur trajectoire, d'autant moins qu'ils vont vite. Or, comme je l'ai déjà montré, cette conception-là nous permet d'envisager la création d'éoliennes beaucoup plus puissantes, simplement parce qu'elle nous fait prévoir que la formidable puissance des éoliennes actuelles doit venir du vent qui frappe la petite surface de leurs pales, et qu'elle ne vient pas, ni des courants transversaux qui sont freinant, ni de l'air qui traverse leur surface de balayage sans les toucher, comme l'orthodoxie dominante le prétend. La nouvelle optique nous permettrait donc de proposer des expériences qui démontreraient que l'énergie du vent au mètre carré est beaucoup plus importante que prévue.

Mais elle nous apporte aussi une meilleure compréhension de l'énergie fournie par les centrales thermiques actuelles, une compréhension qui nous permettrait d'en créer des beaucoup plus puissantes.

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