Un premier pas vers l’admission du concept de l’invention pourrait être franchi par la réalisation de cette expérience. Il s’agit seulement de démontrer que dans un gaz en équilibre thermodynamique où réside un champ d’accélération (ou champ d’attraction), règne non seulement un gradient de pression, mais aussi de température.

L’expérience consiste à faire tourner une toupie à grande vitesse (10 000 à 15 000 tours/minute), c’est à dire un cylindre en verre creux muni en son axe d’un cylindre en plastique mince, pour produire un champ d’accélération centrifuge capable de refroidir le cylindre en plastique de quelques degrés (en fonction de la vitesse, du diamètre du cylindre en verre et du cylindre en plastique). Cette expérience est en mesure d’ouvrir une brèche dans le principe Zéro de la thermodynamique, lequel principe indique que deux objets en contact, même par l’intermédiaire d’un gaz, tendent à se mettre à la même température (Postulat de Clausius). Ce ne serait donc plus vrai s’il règne dans le gaz un champ d’accélération perpendiculaire à la couche de gaz. C’est cette brèche, ce caractère non absolu du principe Zéro, qui serait à l’origine de la contradiction avec le second principe de la Thermodynamique dans l’invention.

 

(1)        Cylindre en verre : c’est la plaque chaude. Il doit être assez épais pour limiter autant que possible son réchauffement pendant l’expérience, afin de mesurer le plus précisément possible le refroidissement du cylindre en plastique mince. Il faut tenir compte du frottement dans les roulements et des vibrations qui tendront à réchauffer le cylindre en verre par l’intermédiaire des plaques latérales rondes métalliques. Si ces déperditions d’énergie induisent un réchauffement trop rapide du cylindre en verre, la mesure du refroidissement du cylindre en plastique sera difficile. Une des solutions possibles consisterait à mesurer également la température du cylindre en verre et de calculer le refroidissement du cylindre en plastique par comparaison entre les deux températures.

 

(2)        Cylindre en plastique d’1 millimètre d’épaisseur, ou moins si possible.

Il s’agit de réduire au maximum la capacité calorifique du cylindre de manière à ce qu’il se mette le plus rapidement possible à la température de l’air avec lequel il est en contact.

 

(3)        Couche métallique mince déposée sous vide sur le verre poli.

Etant donné l’éloignement important entre les plaques chaude et froide, c’est à dire entre les deux cylindres, la puissance de transfert thermique par conduction dans le gaz serait du même ordre de grandeur que la puissance de transfert thermique par rayonnement s’il s’agissait de deux corps noirs. Pour limiter le retour de chaleur par rayonnement  sur  le cylindre en plastique, il faudra donc enduire le cylindre en verre poli d’une couche métallique mince de manière à réduire l’émissivité du verre, en laissant une bande étroite au milieu du cylindre ( entre les deux flèches repérées (3) ) qui permettra, par la transparence du verre, de lire la température du cylindre en plastique par procédé optique.

 

(4)        Rondelles en plastique de maintien du cylindre.

Elle seront découpées tel que décrit sur le schéma pour réduire au maximum le contact avec le cylindre et par conséquent le pont thermique entre l’axe métallique (chaud) et le cylindre (froid). Toujours dans le but de réduire le transfert thermique entre l’axe métallique et le cylindre en plastique, l’axe métallique sera de faible diamètre, et il serait préférable qu’il soit poli pour limiter au maximum le transfert thermique par rayonnement.

 

(5)        Pression d’air

Avec un gaz à pression atmosphérique, on risque d’avoir un réchauffement du cylindre en plastique par convection, dans laquelle l’air en contact avec les parois métalliques latérales se réchaufferait et convergerait vers le centre du cylindre en verre pour aller réchauffer ensuite le cylindre en plastique. La meilleure solution pour échapper à ce problème consiste à introduire l’appareil dans une cuve que l’on mettrait sous vide, de l’ordre de 10^-4 à 10^-5 bar (lpm = 0,5 à 5 mm). A cette pression, la densité des molécules de gaz devient si faible que les mouvements de convection n’ont plus lieu, et la puissance de transfert thermique par conduction dans le gaz n’en serait que faiblement réduite.

 

Les calculs géométriques qui suivent ont pour but de calculer le refroidissement du cylindre en plastique mince, et de démontrer que l’on obtiendrait bien l’effet attendu avec un gaz raréfié. En donnant arbitrairement la valeur de 100 pour la vitesse relative moyenne entre une molécule et la paroi à son point de départ, on cherche à connaître la vitesse relative entre la molécule et la paroi à son point d’impact (repéré O sur la circonférence du cercle intérieur ou extérieur du schéma) en supposant qu’il n’y a pas de collision intermoléculaire entre les deux parois. On propose que la vitesse linéaire de la paroi intérieure du cylindre extérieur soit égale au cinquième de la vitesse moyenne d’une molécule, ce qui est représenté par un trait de 20mm sur le schéma, et 10 mm pour la vitesse linéaire de la paroi du cylindre intérieur dont le rayon est deux fois plus petit.

La vitesse absolue de la molécule (Va) est la vitesse mesurée par un observateur immobile. Elle n’évolue pas pendant le trajet de la molécule entre les deux parois. On la détermine en traçant un parallélogramme dont la longueur du petit côté correspond à la vitesse de la paroi, et la longueur du grand côté à la vitesse relative entre la molécule et la paroi. En recombinant les vitesses sur le point d’impact au moyen d’un autre parallélogramme, on peut trouver la vitesse relative entre la molécule et la paroi à son point d’impact. J’ai ainsi cherché à connaître la variation de la vitesse relative entre les deux parois, selon trois directions différentes. Les mesures ont été faites sur une table à dessin professionnelle où j’ai tracé des parallélogrammes trois fois plus grands que ceux des présents schémas, de manière à augmenter la précision des mesures. J’ai ensuite divisé toutes les dimensions mesurées par trois pour les retranscrire sur les présents schémas.

 

Dans le passage d’une molécule de la paroi du cylindre intérieur à celle du cylindre extérieur, on constate que la vitesse relative entre la molécule et la paroi du cylindre extérieur (VRm.C) augmente d’environ 1,5% par rapport à la vitesse relative entre la molécule et la paroi du cylindre intérieur (VRm.c) soit une augmentation de 3% de l’énergie cinétique de la molécule puisqu’elle augmente comme le carré de sa vitesse (1,015² = 1,03), ce qui donne un échauffement d’environ 9°C pour un gaz rare (300Kx0,03), et environ 5,5°C pour l’air puisque l’énergie de translation d’une molécule d’air ne représente que les trois cinquièmes de son énergie totale, le reste étant de l ‘énergie de rotation. Il est remarquable que l’augmentation de la vitesse relative est identique dans les trois directions étudiées. Dans le passage d’une molécule de la paroi du cylindre extérieur à celle du cylindre intérieur, la vitesse relative baisse d’environ 1,5% dans les trois directions, soit une baisse de 3% de l’énergie cinétique.

Par conséquent, dans cet exemple l’équilibre thermodynamique s’établirait lorsque la paroi du cylindre intérieur est plus froide que celle du cylindre extérieur, de 9°C pour un gaz rare et de 5,5°C pour l’air, en négligeant les différentes causes de retour de chaleur évoquées plus haut. De ce fait, l’écart de température sera moins important dans la réalité. Les calculs montrent que l’augmentation ou la diminution de la vitesse relative d’une paroi à l’autre varie comme le carré de la vitesse de la toupie.

 

D’une manière générale, ce calcul démontre qu’une molécule se dirigeant vers le cylindre extérieur voit sa vitesse relative et son énergie cinétique augmenter tandis qu’elles diminuent lorsque la molécule se dirige vers le cylindre intérieur, et ceci en fonction de l’éloignement ou du rapprochement de la molécule par rapport à l’axe de la toupie en mouvement. Par exemple, si l’on mesure l’augmentation de la vitesse relative depuis la paroi du cylindre intérieur jusqu’à un impact intermédiaire entre les deux parois, solidaires de la toupie, puis de cet impact intermédiaire jusqu’à la paroi du cylindre extérieur, les deux augmentations réunies correspondent à celle que l’on a lorsque la molécule passe directement d’une paroi à l’autre. Par conséquent, l’écart

 de température entre les parois ne variera pas en fonction du libre parcours moyen d’une molécule dans le gaz, c’est à dire en fonction de la densité du gaz. S’il y a une variation de cet écart, elle sera certainement provoquée par les mouvements de convection que j’ai décrits plus haut. ( Voir Pression d’air)

 

 

Passage d’une molécule du cylindre intérieur au cylindre extérieur.

 

VRm.C	= 1,015
VRm.c

 

Dans les trois directions la vitesse relative augmente d’1,5% soit une augmentation de 3% de l’énergie cinétique.

 

 

 

Passage d’une molécule du cylindre extérieur au cylindre intérieur.

 

VRm.c	= 0,985
VRm.C

 

Dans les trois directions, la vitesse relative baisse d’environ 1,5%, soit une baisse de 3% de l’énergie cinétique.