Mettez en marche n'importe quel appareil électrique : un courant électrique circule sous l'effet d'une tension, ou différence de potentiel électrique, entre les extrémités d'un fil métallique. Ce phénomène nous paraît banal. Pourtant, à y regarder de plus près, on peut y voir une illustration d'un domaine important de la physique théorique d'aujourd'hui.
Plus généralement, la question est de savoir si l'on peut comprendre le comportement hors d'équilibre d'un système constitué d'un grand nombre de particules en examinant seulement ses propriétés à l'équilibre ; ou, inversement, si l'on peut inférer ses propriétés à l'équilibre à partir d'expériences réalisées dans des situations hors d'équilibre (voir la figure 1 et l'encadré ci-dessus).
Tel est l'enjeu essentiel posé par le problème dit de fluctuation-dissipation. Cette question joue un rôle fondamental en physique statistique, qui cherche à décrire le comportement macroscopique d'un système à partir de ses propriétés microscopiques.
Les relations (ou théorèmes) de fluctuation-dissipation sont apparues il y a plus d'un siècle avec l'analyse par Albert Einstein du mouvement brownien – le mouvement erratique dont sont animées des particules microscopiques en suspension dans un fluide, ces particules étant poussées au hasard par les chocs avec les molécules du fluide (voir l'encadré page 48). Les relations de fluctuation-dissipation ont ensuite été étudiées notamment par le chercheur d'origine norvégienne Lars Onsager durant les années 1930 et par le Japonais Ryogo Kubo dans les années 1950. Elles ont connu un renouveau d'intérêt au cours des décennies récentes, notamment en raison des progrès réalisés dans les techniques expérimentales et les simulations...
