La machine à vapeur ? Cela vous rappelle quelque chose ? Une antiquité du XIX^e siècle ? Et la thermodynamique ? Une discipline un peu désuète ?

S’il en est ainsi, détrompez-vous. Une grande partie de la technologie sur laquelle reposent notre industrie et notre économie se fonde sur des améliorations de cette fameuse machine à vapeur ; à commencer par les moteurs (dits « thermiques ») de nos véhicules, ou nos centrales électriques, chimiques (pétrole, gaz…) ou nucléaires.

Bref, la machine à vapeur, certes améliorée, est au centre de notre activité économique. Et loin d’être périmée, la thermodynamique reste une discipline toujours vivante et actuelle ; elle gouverne tous nos échanges d’énergie, dont il est inutile de rappeler l’importance ! Mais également, et de plus en plus comme nous allons le voir, nos échanges d’informations.

On peut y voir deux facettes : l’aspect « pratique », à l’origine des premières « machines thermiques » (dont la machine à vapeur), qui reste un pilier de notre économie ; et l’aspect « théorique », qui a vu la discipline mathématisée, élargie, généralisée et reformulée de différentes manières, en liaison avec la physique statistique et les probabilités, ainsi que d’autres innovations mathématiques et physiques. Je le raconte par exemple dans mon livre « Insaisissable énergie » (Dunod, 2026). Aujourd’hui, une nouvelle facette de la discipline est engagée, sur les plans pratique et théorique tout à la fois : la mise au point d’une thermodynamique quantique.

VIDEO – Qui utilise les 350 data centers français ?

Des « data centers » énergivores par essence

Ce n’est un secret pour personne, la technologie quantique connaît, pour le meilleur ou pour le pire, un développement foudroyant. Sur elle repose tout ce qui concerne l’information, les données, les communications, les hypothétiques ordinateurs quantiques (et j’en passe). Or non seulement la physique quantique obéit aux lois fondamentales de la thermodynamique, mais celle-ci apporte un nouvel éclairage sur ses spécificités.

Parmi les premiers résultats, sa conformité au second principe qui régit les transformations de « chaleur » en « travail » (c’est-à-dire en énergie utilisable) et consacre l’irréversibilité des phénomènes ; et la compréhension que toute manipulation d’information s’accompagne d’une consommation d’énergie et d’une augmentation d’entropie (c’est pourquoi les « data centers » sont de si gros consommateurs d’énergie).

La thermodynamique quantique, qui se met en place, devient ainsi indispensable pour la construction et la mise au point de tous ces dispositifs qui manipulent de l’information (dont fait bien sûr partie l’IA). Deux tâches sont, à cet égard, devant nous. La première consiste à préciser ce que deviennent, pour des systèmes souvent microscopiques, les notions fondamentales de la thermodynamique : énergie et entropie, chaleur et travail, rendement des processus…

La seconde consiste à examiner le rôle « thermodynamique » des notions proprement quantiques : intrication, superposition, cohérence… Voire d’en créer de nouvelles pour aboutir à une nouvelle discipline – ou plutôt une nouvelle extension, généralisation de cette antique thermodynamique qui apparaît ainsi toujours actuelle.

Marc Lachièze-Rey est astrophysicien et cosmologue.