Efficacité : évolution et efficience

 Par Thomas Norway – Un animal peut être considéré comme une machine thermodynamique qui transforme l’énergie chimique des aliments en énergie mécanique, thermique et autres formes nécessaires à la survie.

Bien que les processus biologiques soient plus complexes que ceux des machines classiques, les principes thermodynamiques fondamentaux s’appliquent également aux organismes vivants.

 

Les animaux sont donc des machines comme les autres et qui n’a jamais caressé son grille-pain ronronnant calmement sur ses genoux par une froide soirée d’hiver ? Hein qui ?? Mon psychologue a dit que je pouvais arrêter les consultations si je trouvais quelqu’un d’autre donc je demande et n’ayez pas peur : vous n’êtes pas seul !

Les animaux, pour gagner au jeu de l’évolution, doivent essayer de dégager plus de surplus d’une même source d’énergie en en dépensant le moins possible et être ainsi plus efficient que leurs petits camarades de jeu.

Voyons donc pourquoi l’efficacité est importante pour l’efficience et l’évolution mais aussi ce qu’elle implique sur la taille desdits animaux.

 

La quête de l’efficience

Voyons la rentabilité d’une machine et son seuil (S mauve).

 

L'efficience n’est pas l'efficacité

• L’efficacité est la capacité à atteindre des objectifs prédéfinis sans considération des moyens utilisés ;
• L'efficience est la capacité d'un individu, d'un ensemble d'individus, d'une machine ou d'une technique à obtenir le maximum de résultats avec le minimum de moyens, de coûts, d'effort ou d'énergie.

Si un investissement vous rapporte plus que ce qu’il vous a coûté, il est rentable mais un investissement qui vous rapporterait 10’000€, selon que vous ayez investi 5’000€ ou 9’000€, n’aura pas la même saveur.

L’efficience, c’est le gain net (gain – coût) divisé par le coût.
    • L’efficience de l’investissement de 9.000€ = 11% = (10-9) / 9
    • L’efficience de l’investissement de 5.000€ = 100% = (10-5) / 5 = 9 fois plus efficient

 

Selon les valeurs du premier graphique en reprenant les valeurs positives uniquement.

L’efficience, après avoir dépassé le seuil de rentabilité S en mauve, croît rapidement, ralentit, passe par un maximum d’efficience pour une efficacité de 50% (dans ce cas théorique) pour ensuite décroitre.

Dit autrement, aller au-delà d’un seuil d’efficacité est contreproductif car l’efficience diminue. C’est la loi des rendements décroissants postulés par les sciences sociales économiques.

 

La quête de l’efficience : analogie

En reprenant l’exemple de l’investissement ci-avant, plus celui-ci sera efficient, plus vous aurez de moyens financiers excédentaires (en surplus) pour :
• palier les problèmes : perte d’emploi temporaire, accident, augmentation du coût de la vie, dérèglement climatique ;
• faire évoluer votre mode de vie, maison, vêtements, éducation aux normes sociales ou au contexte technologique ;
• faire d’autres investissements et vous diversifier sans prendre trop de risques ;
• avoir accès à une nourriture et des soins de qualité.

Plus l’efficience est élevée, plus vous serez résilient et compétitif au jeu de la sélection naturelle et par exemple, ce sont les ménages les plus riches qui font le plus d’enfants.

 

Source 2021 Statbel

 

Devenir efficace ?

Prenons quelque uns des plus gros animaux du monde et il faut trouver l’intrus entre : une baleine bleue, un ours polaire, un mammouth et un éléphant d’Afrique. 


L’intrus est l’éléphant d’Afrique qui, bien que comparable en taille au mammouth, ne vit pas dans un environnement froid.

D’ailleurs, pas mal de grosses bestioles vivent en Afrique : hippopotame, rhinocéros, girafe, buffle… le fait qu’il fasse froid n’est pas le facteur important qui implique d’être efficace car ce qui importe : 
C’est la quantité de nourriture disponible et sa rareté temporelle.
• le « bloom du phytoplancton » temporaire engraisse les baleines qui ne vont plus rien manger pendant leur migration vers les eaux chaudes pour mettre bas. 
• Les gros ours font leur beurre lors de la migration temporaire de saumons
• Les animaux de la savane se goinfrent lors de la très courte saison des pluies. 
• Le mammouth n’avait peu ou pas de nourriture pendant l’hiver plus rude de cette époque glaciaire.

 

La production de nourriture

En fonction de la disponibilité de ce qui est nécessaire à la croissance des plantes : eau, soleil et nutriments ; celles-ci produiront plus ou moins de nourriture par an. Prenons 2 cas illustratifs de production d’une même nourriture sur une année pour lesquels la quantité totale annuelle produite est identique mais avec une répartition différente.

 

Cas 1 : la nourriture est constante toute l’année

Cas 2 : une faible production toute l’année avec un pic de production en été.

Pour vivre dans le cas 2, plusieurs stratégies sont possibles mais le cas de la mise en pause des animaux (hibernation et estivation) n’est pas traitée ici.

 

Stockage vs pas de stockage

L’animal qui souhaite utiliser le surplus toute l’année doit faire des stocks car un animal doit consommer un minimum de nourriture journalier fixe (le métabolisme basal) qui ne peut pas être rempli avec le peu de nourriture disponible pendant les mois de disette.

Le stock peut être externe comme le font les écureuils avec leurs cachettes de noix ou comme les humains avec leurs surgélateurs mais dans la plupart des cas, le stock est internalisé dans l’animal lui-même.

Conserver de la nourriture implique un surcoût (effort supplémentaire) par rapport à une nourriture disponible toute l’année (cas 1) pour la transformer en stock (graisse), la conserver et/ou la déplacer quand on la porte sur soi.

L’animal du cas 2 a donc un surcoût par rapport à l’animal du cas 1 pour utiliser une même quantité d’énergie annuelle.

 

Surcoût et efficience

Ce surcoût s’ajoute à l’investissement initial (courbe rouge) pour obtenir la courbe orange ci-dessous.

On constate que la zone de rentabilité en bleu se réduit mais ceci modifie également l’efficience de deux manières !

 

L’efficience baisse (flèche verte) et le maximum de l’efficience s’est déplacé (flèche noire) vers la droite, vers une plus grande efficacité (de 50% à 55%).

L’animal du cas 2 sera moins efficient et plus efficace que celui du cas 1 qui aura de la nourriture disponible toute l’année.

Si la nourriture est identique hormis sa disponibilité au long de l’année, il faut bien comprendre que l’animal du cas 2 qui ne consommerait que la nourriture disponible toute l’année (en pointillés bleus) serait identique à l’animal du cas 1 (en vert).

La différence serait qu’il y aurait 3 fois moins d’individus car il y a 3 fois moins de nourriture. 

 

Plus efficace et donc plus gros

On retrouve la même logique que pour des machines non biologiques, car un animal, c’est un volume composé de millions de cellules qui produisent de la chaleur lors de leur fonctionnement qui est ensuite évacuée par la surface de la peau.

Dès lors, un animal qui doit devenir efficace doit grossir pour conserver sa température interne car l’augmentation de son efficacité réduit la production de chaleur dans le corps de l’animal.

Sa seule option est donc de grossir pour d’un côté augmenter la quantité totale de chaleur (plus grand volume) et d’un autre pour réduire la surface de pertes (la peau) par unité de volume.

Et on en arrive aux dinos dans le prochain numéro, c’est promis.

 

Les animaux qui veulent occuper la niche écologique utilisant un pic de production de nourriture ont un surcoût induit par le stockage de la nourriture.

Ce surcoût implique d’augmenter son efficacité pour améliorer son efficience le rendant plus compétitif au « jeu » de la sélection naturelle.

Mais cette augmentation d’efficacité implique pour l’animal de devenir plus grand / gros / massif que son homologue exploitant une source de nourriture disponible toute l’année.

 

Rubrique de Thomas Norway, spécialiste en systémique de l'énergie.  "Je ne suis pour ou contre aucune technologie, je suis pour la compréhension du problème et l’acceptation démocratique des conséquences de nos choix."

 

Pour terminer :
Un grand merci à Jean-Didier et à Françoise pour leurs relectures et conseils. 
« La pluie des larmes est nécessaire à la récolte de l’instruction.» Proverbe Tamil

 

Dans cette série spéciale "efficience énergétique"

7. Efficacité : vers l’infini et l’extinction : Les dinosaures enfin !

6. Efficacité : au début, c’est pas cher  

5. Efficacité : le coût de la complexité

4. Efficacité : analogies & astronomie amateure

3. Efficacité : Je ne suis pas gros, je suis efficace !

2. Efficacité : moteur, ça tourne… action !

1. Efficacité : oui, mais c'est cher !  Une perte ou un gain ?

 

 

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