L'organisation de l'espace se rencontre à la fois dans les systèmes vivants complexes et dans la matière inerte. Les spirales d'activité chimique qui apparaissent dans certaines réactions, ou les cellules convectives qui naissent dans une couche de fluide soumis à des différences de température, cellules de Bénard, en sont des exemples.

L'organisation du temps n'est pas non plus réservée au vivant.

La réaction BR (Briggs-Rauscher) en est un exemple. Elle consiste en la décomposition de l'eau oxygénée par le couple redox iodate/iodure en présence d'acide malonique et d'ions métalliques.

L'organisation spatio-temporelle et uniformité de l'environnement peuvent être compatibles. Les ondes spirales de la réaction BZ (Belousov Zhabotinsky) en fournissent un exemple. La réaction consiste en l'oxydation de l'acide malonique par un bromate en milieu acide et catalysée par un ion métallique.

Parmi les variables, il faut distinguer les contraintes , contrôlées par l'observateur, et les réponses, mesurées.

Un état de l'objet est l'ensemble de valeurs des réponses pour un ensemble de valeurs des contraintes, ou environnement.

Des états peuvent être stables ou instables.

Une suite d'états parcourue en fonction du temps est une évolution.

Certaines variables sont conservatives comme l'énergie.

D'autres ne le sont pas.

Pour toute évolution irréversible, il y a création d'entropie. L'entropie n'est pas une variable conservative.

Les deux principes de la thermodynamique traduisent  quantitativement ces notions.

En imposant la concentration d'un colorant (permanganate de potassium) dans l'eau à l'extrémité d'un tube, on observe une réponse linéaire de cette concentration en fonction de la hauteur dans le tube.

Le profil de concentration est d'abord fonction du temps, puis un état stationnaire est atteint.

Un gradient de température est imposé à une barre de cuivre et la réponse est suivie par des thermomètres disposés sur toute sa longueur.

Le gradient stationnaire de température est proportionnel au flux de chaleur imposé.

En combinant les deux variables, température et concentration on observe le phénomène dit de thermodiffusion.

La contrainte température est fixée aux limites et les réponses température et concentration sont fonction de l'espace et du temps, jusqu'à l'établissement de l'état stationnaire.

Le flux de chaleur est alors proportionnel aux deux gradients de concentration et de température.

Une colonne de Clusius et Dickel est constituée de deux tubes concentriques verticaux entre lesquels une solution de sulfate de cuivre est soumise à un gradient de température perpendiculaire à l'axe des tubes.

Les effets combinés de la gravité et de la thermodiffusion sont révélés par le développement de différences de concentration entre le haut et le bas de la colonne, clairement apparentes après  60 heures.

La relation linaire entre flux et forces généralisés n'est vérifiée qu'en deçà de valeurs seuils.

Au delà, le comportement devient non-linéaire.

C'est alors qu'intervient la thermodynamique non-linéaire des processus irréversibles.

Dans ce domaine, par exemple, certaines réactions chimiques peuvent évoluer de façon périodique avec le temps.

La réaction BR (Briggs et Rauscher) est la décomposition de l'eau oxygénée et l'oxydation de l'acide malonique par l'ion iodate.

On met en présence des solutions de CH₂(COOH)₂ (acide malonique), H₂O₂+ HClO₄ (eau oxygénée et acide perchlorique) et KIO₃ (iodate de potassium) +MnSO₄ (sulfate de manganèse).

Deux électrodes  mesurent le potentiel d‘oxydo-réduction de la solution réactionnelle.

L'alternance de couleur du milieu réactionnel et la variation associée du potentiel d'oxydo-réduction mettent en évidence le caractère périodique de la réaction.

En modifiant les contraintes, par exemple en changeant la concentration de l'acide malonique, la réaction cesse d'osciller.

On peut donc définir sur un diagramme des contraintes une frontière qui sépare les états oscillants des états non-oscillants.

En biologie, Escherichia Coli et Bdello Bacteriovorius constituent un ensemble proie-prédateur dont les populations évoluent rapidement en opposition de phase.

Parmi les rares réactions chimiques connues à l'époque qui sont le siège de réactions oscillantes, la réaction BZ (Belousov Zhabotinsky) conduit à une répartition spatiale non uniforme des constituants.

On met en présence du bromate de potassium (KBrO₃), de la Ferroïne, de l'acide malonique (CH₂(COOH)₂), de l'acide sulfurique (H₂SO₄) et du sulfate de cérium (Ce₂(SO₄)₃)

L'aspect de ces structures dépend des conditions de l'expérience. Des ondes circulaires naissent spontanément dans une couche mince initialement homogène.

Réaction chimique et diffusion participent à la propagation de ces ondes.

De nos jours d'autres réactions, tel que l'oxydation de l'iode par l'ion chlorite en présence d'acide malonique, peuvent donner spontanément naissance à des modulations spatiales stationnaires (géométriquement organisées en réseau hexagonal de taches, bandes parallèles, …). De telles structures chimiques, dites structures de Turing, sont souvent évoquées pour rendre compte de certains aspects de la morphogenèse des êtres vivants.

L'expérience se déroule dans une série de béchers ayant une composition légèrement différente.

La pseudo-onde qui se propage n'est donc pas reliée à un phénomène de diffusion.

Une population de molécules réagissant dans un environnement convenable est susceptible de structurer le temps et l'espace, d'exister dans des états stables différents,  d'évoluer de l'un à l'autre.

Une population de cellules vivantes se structure spontanément.

Dictyostelium Discoïdeum est une population d'amibes qui peut avoir deux comportements  radicalement différents suivant que les conditions environnementales sont  favorables ou non.

Elle passe ainsi d'un état de population dispersée à un agrégat multicellulaire correspondant à un être unique. Dans cet état les cellules  remplissent des fonctions différenciées.

Ainsi, la thermodynamique  loin de l'équilibre s'enrichit de non-linéarités sources d'instabilités, de transitions vers de nouveaux états, d'auto-organisations.

Faire comprendre que le monde vivant paraît justiciable des mêmes lois thermodynamiques que le monde inanimé est l'objectif principal de ce film. Il s'agit de montrer, en particulier, que le deuxième principe de la thermodynamique n'est pas synonyme de désordre, mais au contraire, d'organisation dans les systèmes ouverts soumis à des flux.