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11 avril 2016 1 11 /04 /avril /2016 19:38

 

 

 

 

 

 

 

   Einstein avait un problème avec la physique de Newton : il n’arrivait pas à comprendre comment elle acceptait qu’un objet éloigné puisse avoir une influence immédiate sur un autre corps puisque, pour lui, la vitesse de la lumière était finie et indépassable. Par ailleurs, les lois de Newton semblaient s’appliquer assez justement aux phénomènes observables dans notre environnement proche mais qu’en était-il au-delà ? Il s’attela donc à repenser entièrement l’ensemble de l’édifice théorique et à écrire les formules mathématiques justifiant une nouvelle approche. Dès 1905, il publia sa théorie de la relativité restreinte qui concernait les phénomènes utilisant des vitesses constantes avant, dix ans plus tard, de généraliser sa théorie en y incluant la gravitation.

 

   Il expliqua que la physique newtonienne s’appliquait assez justement tant qu’elle ne concernait pas les « grands espaces » car, en effet, ses approximations, forcément infimes à notre échelle, ne sont guère perceptibles. Du coup et afin de convaincre les hésitants, sa théorie devait pouvoir corriger les  « imprécisions newtoniennes » et c’est bien ce qu’il se passa. Il restait un phénomène prévu par la théorie d’Einstein mais jamais encore observé : les ondes gravitationnelles. C’est à présent - et depuis quelques mois - chose faite.

 

 

 

Les grandes lignes de la physique einsteinienne

 

 

   Dans la théorie de la relativité restreinte qui, rappelons-le, ne concerne que les phénomènes se déroulant à vitesse constante, on trouve des éléments fondamentaux comme :

 

 

         * la constance de la vitesse de la lumière (exactement 292 792 458 m/sec, soit un peu moins de 300 000 km/sec), vitesse indépassable. Dans le système solaire, les distances bien que gigantesques à nos yeux sont en réalité très modestes à l’échelle de l’Univers : elles se calculent en minutes-lumière, voire en heures-lumière pour l’éloignement des planètes géantes de notre système. Toutefois, l’étoile la plus proche du Soleil (alpha dite Proxima du Centaure) est actuellement située à près de 4 années-lumière et notre galaxie (qui mesure entre 70 000 et 100 000 années-lumière de longueur) est située à des millions d’années-lumière de sa proche voisine Andromède : nous ne sommes plus dans le même ordre de grandeur et les approximations de la physique newtonienne ne sont plus acceptables à si grande échelle.

 

 

         * il existe une stricte équivalence entre énergie et matière comme le résume fort bien la célèbre formule E = mc2 (l’énergie d’un objet de masse m au repos est égale à sa masse que multiplie le carré de la vitesse de la lumière). Or, dans cette formule c2 est forcément gigantesque (le carré de 300 000 000  !) et cela veut donc dire que le fait de faire disparaître une infime quantité de matière m produit une énergie colossale. Pour illustrer cela, on prend souvent l’exemple d’un gramme de matière qu’on anéantirait avec un gramme d’antimatière : l’énergie produite serait équivalente à la bombe d’Hiroshima…

 

 

         * l’espace et le temps sont liés et ne peuvent être dissociés. On vient de dire que la vitesse de la lumière ne pouvait être dépassée et qu’elle est constante dans un référentiel inerte (c’est-à-dire sans accélération) : de ce fait, si la vitesse de la lumière est constante, la variation ne peut venir que du temps… Le temps peut ralentir, s’accélérer voire se dilater indéfiniment  ! Il s’agit d’une notion difficile à comprendre pour nos esprits confrontés à la petitesse de notre environnement. Bien entendu, les contemporains d’Einstein eurent eux aussi du mal à admettre ces notions et il leur fallait des preuves.

 

   De plus, la relativité restreinte ne concerne, on vient de le dire, qu’une approche locale des phénomènes physiques, concernant des vitesses constantes, sans accélération. Ce qui ennuyait fortement Einstein qui souhaitait « généraliser » sa théorie à l’ensemble des situations et c’est la raison pour laquelle, dix ans plus tard, en 1915, il présenta une théorie de la relativité, générale cette fois.

 

   Cette généralisation de la relativité restreinte intègre la gravitation et cela change beaucoup de choses. La première conséquence en est que, dans ce modèle, l’espace est déformable : tout objet entraîne la courbure plus ou moins importante de l’espace où il se trouve et l’importance de cette courbure sera proportionnelle à la valeur de sa masse. Du coup, l’espace déformé est une sorte de cuvette plus ou moins profonde au centre de laquelle siège l’objet et la distance entre deux points ne sera plus une ligne droite mais une ligne courbe plus ou moins inclinée selon la pente de la cuvette : on parle alors de géodésique.

 

   Au-delà de l’aspect quelque peu inhabituel du concept, on pourrait éventuellement penser qu’il s’agit en réalité de détails mais c’est tout le contraire. En effet, si un plus petit objet se trouve à proximité d’un plus gros, comme, par exemple, la Terre à proximité du Soleil, le plus petit s’approchera du plus gros en suivant une géodésique et non une ligne droite : il ne « tombera » alors pas sur le plus gros mais se mettra en orbite autour de lui… Cette courbure que l’objet le plus gros crée autour de lui et qui « capture » l’objet le plus petit se fait à la vitesse de la lumière et, du coup, la théorie répond à ce qui paraissait incompréhensible dans la physique newtonienne.

 

   À la suite de la publication de sa théorie de la relativité générale, Einstein tenait quelque chose de complètement nouveau qui permettait d’avoir un regard neuf sur l’Univers et ses lois. Il n’en restait pas moins qu’il s’agissait d’une théorie, séduisante certainement, mais une théorie qu’il fallait valider.

 

 

 

Les preuves progressivement acquises

 

 

   Nous ne reviendrons que succinctement sur les différentes « preuves » de la validité de la relativité générale, le sujet ayant déjà été traité (voir : théorie de la relativité générale).

 

   La première réponse de la théorie concerna un problème exclusivement astronomique : l’avance du périhélie de Mercure, c’est-à-dire le point le plus proche de Mercure par rapport au Soleil, un problème que la physique de Newton ne savait pas résoudre : la Relativité l’explique parfaitement.

 

   Vint ensuite la preuve par l’observation de mirages gravitationnels (ou lentilles gravitationnelles) : il s’agit ici du chemin parcouru par une lumière lointaine lorsqu’elle arrive à proximité d’un objet de masse importante situé entre elle et l’observateur. Si l’espace est réellement courbé par l’objet, la lumière provenant de l’objet lointain prendra plusieurs chemins dans la « cuvette » ainsi formée (géodésiques) par l’objet intermédiaire et l’observateur verra l’image de l’objet lointain plusieurs fois… On profita d’une éclipse de soleil en 1919 (c’était lui l’objet massif) et on constata la déviation de la lumière d’étoiles fixes parfaitement connues au passage de notre étoile. C’était une confirmation éclatante de la théorie et nul ne se risqua plus à la mettre réellement en doute : son inventeur devint du jour au lendemain un des scientifiques les plus célèbres du monde.

 

   D’autres expériences dites « relativistes » restaient à faire pour conforter le bien-fondé de la Relativité générale et, au fil des années, la technique aidant, elle furent réalisées, chaque fois avec un résultat positif. Toutefois, une preuve manquait à l’appel en raison de la grande difficulté à recueillir les informations sur le phénomène : l’observation d’ondes gravitationnelles.

 

 

 

Les ondes gravitationnelles

 

 

* la théorie

 

   Puisque l’espace et le temps ne font qu’un, chaque fois qu’il se produit un événement massif dans l’Univers, la conséquence en est un réajustement local et la création de très faibles perturbations qui se propagent dans l’espace à la vitesse de la lumière. Ces ondulations ressemblent à celles qu’on peut observer à la surface d’un lac lorsqu’on y jette un caillou. Ce sont ces perturbations infimes de l’espace-temps que l’on appelle ondes gravitationnelles. En réalité, il existe deux types d’ondes gravitationnelles : celles qui sont apparues juste après le Big bang et qu’on appelle les ondes primordiales et celles qui correspondent aux déplacements d’objets massifs dans l’Univers.

 

   Il s’agit d’un phénomène qui a été théorisé des 1916 par Einstein. Toutefois, on savait depuis le début qu’il serait très difficile d’enregistrer ces ondes car deux paramètres entrent en jeu : 1. La puissance du phénomène qui doit être majeur pour être perceptible (la simple explosion d’une étoile, même géante, ne suffisant pas) et 2. La finesse d’enregistrement des instruments susceptibles de mettre en évidence l’événement : on estime qu’un plissement gravitationnel entre la Terre et la Lune aurait l’épaisseur… d’un atome.

 

   Ajoutons à cela que les scientifiques n’étaient pas certains de la validité de la théorie sur ce point précis ; Einstein lui-même était revenu à plusieurs reprises sur ce qu’il pensait, se demandant s’il existait vraiment une réalité physique au phénomène ou s’il ne s’agissait pas tout bêtement d’un problème mathématique dépendant du choix du système de coordonnées retenu, ce que les spécialistes appellent un « effet de jauge ».

 

 

* la première preuve indirecte

 

   En 1974, deux astronomes américains, Russell Hulse et Joseph Taylor, étudiaient le pulsar PSR1913+16. Rappelons qu’un pulsar est le stade terminal de la vie d’une étoile massive, lorsque l’enveloppe externe de l’étoile a disparu et qu’il ne reste plus que qu’un cœur hypermassif sous forme d’une étoile à neutrons. Une étoile à neutrons tourne plusieurs centaines de fois par seconde sur elle-même, projetant un faisceau de radiations à la manière d’un phare d’où le nom de pulsar. Toutefois le pulsar étudié par les deux scientifiques avait la particularité d’être formé de deux étoiles à neutrons et, du coup, on pouvait calculer la période orbitale du couple. Or les calculs montraient que cette période orbitale décroissait d’un millième de seconde chaque année… très certainement du fait de la formation d’ondes gravitationnelles. Prix Nobel de physique pour les deux chercheurs en 1993 et grande avancée de la théorie de la relativité mais... on était toujours à la recherche d’une preuve directe.

 

 

* l’observation de LIGO

 

   Le 14 septembre 2015, à très précisément 9h51 (temps universel) soit 11h51, heure de Paris, deux interféromètres, situés à 3000 km l’un de l’autre et constituant l’expérience nommée LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory), enregistrèrent simultanément le passage d’une onde gravitationnelle. On a déjà dit qu’il fallait un  événement considérable pour que puisse être mis en évidence cette très faible fluctuation de l’espace-temps : cet événement s’est produit il y 1,3 milliard d’années lors de la collision de deux trous noirs. On peut dire la chose différemment : en dépit de sa vitesse prodigieuse (300 000 km/sec), cette déformation parcourant l’Univers aura mis 1,3 milliard d’années à nous parvenir… Oui, l’Univers est immense…

   Ce cataclysme ancien s’est produit quelque part dans l’hémisphère sud sidéral sans que l’on puisse apporter d'autres précisions (il aurait fallu plus d’interféromètres pour une meilleure localisation). Les deux trous noir « pesaient » respectivement 29 et 36 fois la masse du Soleil et ils ont fusionné dans un maelstrom cataclysmique pour aboutir à un super trou noir d’environ 62 masses solaires : les « 3 masses solaires manquantes » ont été converties en énergie précisément véhiculée par les ondes gravitationnelles. C'est cette contraction infinitésimale qu'ont enregistrée les capteurs de LIGO : infinitésimale, en effet, puisque la contraction de l'espace observée était de l'ordre de 100 000 milliards de fois inférieure à un cheveu !

   Outre la mise en évidence des ondes gravitationnelles et la déformation de l’espace-temps, l’observation LIGO a dans le même temps définitivement établi l’existence des trous noirs dont quelques scientifiques doutaient encore. Et valider encore une fois s’il en était besoin la théorie einsteinienne de la relativité générale…

 

 

 

Une nouvelle astronomie

 

   Il est entendu que le fait d’avoir enregistré pour la première fois des ondes gravitationnelles est un événement considérable, la consécration de la pensée théorique et de l’observation scientifique. Pourtant, ce n’est peut-être pas là le principal : en démontrant la réalité de ces ondes si longtemps recherchées, c’est tout l’avenir de l’astronomie des espaces lointains qui est transformé.

 

   En effet, toute une partie de l’Histoire de l’Univers jusqu’à présent inaccessible avec nos outils classiques le devient grâce à l’interférométrie spécialisée : on imagine que l’explication d’événements tels que des coalescences de trous noirs, l'explosion d'étoiles géantes, la chute d’étoiles à neutrons sur l’horizon de trous noirs, bien d’autres phénomènes galactiques mal élucidés sont à portée de main. Mais on peut surtout espérer que cette nouvelle approche de l’exploration astronomique nous permettra de pénétrer les premiers instants de la formation de l’Univers, juste après le Big bang, durant ces fameuses 380 000 premières années alors que la lumière n’était pas encore apparue. On pourra donc peut-être voir au-delà du rayonnement fossile, ce fameux fonds diffus cosmologique qui était jusqu’à présent pour tous une limite indépassable…

 

 

Cette percée marque la naissance d'un domaine de l'astrophysique entièrement nouveau, comparable au moment où Galilée a pointé pour la première fois son télescope vers le ciel au XVIIe siècle

 (France Cordova, National Science Foundation, USA)

 

 

 

Sources :

 

* Wikipedia France (https://fr.wikipedia.org/)

* Revue Science et Avenir (http://www.sciencesetavenir.fr/)

* Jean-Pierre Luminet, astrophysicien

 (http://blogs.futura-sciences.com/luminet/)

* journal Le Monde (http://www.lemonde.fr)

* revue Science & Vie (http://www.science-et-vie.com)

 

 

 

Images

 

1.  vue d’artiste d’ondes gravitationnelles générées par la coalescence de deux trous noirs (source : tempsreel.nouvelobs.com)

2. Albert Einstein (sources : mirror.co.uk)

3. le couple Terre-Lune (sources : anarchies.e-monsite.com)

4. mirage gravitationnel "la croix d'Einstein (sources : univers-astronomie.fr)

5. vue d'artiste d'un pulsar (sources : maxisciences.com)

6. interféromètre du projet LIGO (sources : www.sciencemag.org/)

7. fonds diffus cosmologique (sources : astro.kizix.org)

(pour lire les légendes des illustrations, passer le curseur de la souris dessus)

 

 

 

Mots-clés : en construction

 

 

 

 

Sujets apparentés sur le blog

 

1. théorie de la relativité générale

2. juste après le Big bang

3. fonds diffus cosmologique

4. pulsars et quasars

5. trous noirs

 

 

 

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Published by cepheides
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19 février 2016 5 19 /02 /février /2016 17:42
notre galaxie, la Voie lactée, forcément vue par la tranche

notre galaxie, la Voie lactée, forcément vue par la tranche

 

 

   Dans quelque direction que l’on observe, l’Univers se compose de milliards de galaxies renfermant chacune des milliards d’étoiles. Ces galaxies sont organisées en petits groupes si éloignés les uns des autres que, la gravitation ne pouvant jouer sur de telles distances, c’est l’expansion de l’Univers qui les fait s’éloigner d’autant plus vite qu’ils sont plus lointains. En revanche, dans chacun des groupes qui peuvent contenir de quelques dizaines de galaxies à plusieurs centaines, la gravitation reprend ses droits et ces gigantesques masses stellaires se rapprochent inexorablement les unes des autres pour, à terme, ne devoir plus former qu’une seule galaxie géante par groupe. La Voie lactée fait partie d’un ensemble appelé groupe local qui contient une quarantaine de galaxies et elle en est la deuxième en taille, juste derrière sa voisine la grande galaxie d’Andromède : cette dernière est sa sœur jumelle avec laquelle elle fusionnera dans 4 à 5 milliards d’années. Essayons de faire plus ample connaissance avec notre galaxie, cette Voie lactée que les puristes appellent simplement « la Galaxie » (avec un G majuscule)…

 

 

La Voie lactée est une galaxie comme les autres

 

   Quelle est donc, chantée par Nougaro, cette « Voie lactée, voie clarté, où les pas ne pèsent pas » ? Eh bien jusqu’à il y a peu (les années 1920), c’était tout l’Univers connu et les plus illustres des scientifiques de l’époque n’imaginaient pas que l’Univers réel était encore bien plus immense, s’étendant très au-delà. Pour le comprendre, il faudra attendre les travaux de Edwin Hubble qui, du coup, remit la Voie lactée en perspective en définissant réellement ce qu’elle est : une galaxie comme les autres.

 

   Par une nuit particulièrement obscure, c’est-à-dire sans lune et loin des lumières artificielles des hommes, la Voie lactée apparaît, au milieu des étoiles, comme une bande claire s’appuyant sur deux points de l’horizon : il s’agit bien de notre galaxie mais vue par la tranche depuis l’un de ses bords, notre Soleil étant relativement excentré. Les Anciens qui ne comprenaient pas la nature réelle de ces images avaient trouvé des réponses dans la mythologie. Galaxie vient du grec (galactos = lait) tandis que les Romains évoquaient une « via lacta » : pour certains, il s’agissait du lait que Hercule avait fait jaillir du sein de Junon, épouse et sœur de Jupiter, alors que pour d’autres, la trace lactescente provenait du sillage de flammes laissé par le char du Soleil conduit par Phaéton, son fils, lorsque celui-ci en perdit le contrôle. Poétique sans doute mais fort loin de la réalité : on pardonne aisément car les moyens techniques étaient limités.

 

   La Galaxie est une spirale barrée (on le sait depuis 1991), c’est du moins ce que nous a appris le télescope spatial Spitzer en 2005. Elle se compose d’un noyau central en forme de barre prolongé par un grand disque d’étoiles et de poussière présentant des bras spiraux et entouré par un halo.

 

 

le centre galactique

 

   C’est un gros renflement appelé bulbe essentiellement composé de vieilles étoiles rouges dites de « population II » ce qui signifie qu’elles sont très anciennes, datant des débuts de la Galaxie, il y a 12 ou 13 milliards d’années. En raison de nuages de poussière compacts, ce centre est difficile à observer mais on sait qu’il est également occupé par un gigantesque trou noir (comme d’ailleurs la plupart des galaxies) actuellement en repos (voir : Sagittarius A, le trou noir central de la Galaxie).

 

   La barre centrale est d’une longueur voisine de 27 000 années-lumière et elle est entourée d’une sorte d’anneau qui contient la plus grande partie de l’hydrogène de la Galaxie : c’est grâce à lui que se forment les nouvelles étoiles et il n’est donc pas étonnant que cet endroit en soit une vraie pouponnière. D’ailleurs, un observateur situé quelque part dans la galaxie d’Andromède verrait cet endroit comme le plus brillant de toute notre galaxie…

 

 

le disque

 

est une structure relativement plate entourant le centre et il renferme quatre bras spiraux plutôt évasés. Il est évidemment difficile d’observer de l’intérieur une construction dont on fait partie mais on a pu estimer sans trop d’erreur son diamètre à environ 70 000 années-lumière, en sachant que du gaz prolonge l’ensemble pour un diamètre total de 100 000 années-lumière.

 

   Et notre étoile ? Le soleil se trouve à environ 25 000 années-lumière du centre, relativement excentré donc, dans un endroit appelé le bras d’Orion (voir : place du Soleil dans la Galaxie). Il s’agit d’une distance considérable qu’il faut constamment souligner tant les chiffres sont difficiles à appréhender. Rappelons que la plus proche étoile du Soleil est la naine rouge alpha du Centaure et qu’elle est située à 4,4 années-lumière ce qui veut dire que l’engin le plus performant que pourrait créer l’Homme mettrait, d’après les spécialistes, une dizaine d’années pour l’atteindre (à une vitesse d’à peu près la moitié de celle de la lumière). Avec ce moyen de transport (qui n’existe pas encore), il faudrait donc plus de 50 000 ans pour atteindre le centre galactique et 50 000 ans, c’est la durée qui nous sépare de la fin du paléolithique moyen, soit 10 000 ans avant l’Aurignacien qui vit apparaître des hommes aux caractéristiques modernes  !

 

 

les bras spiraux

 

   Difficiles à observer en raison de la position du Soleil, on a longtemps pensé qu’il y en avait quatre principaux partant du centre galactique (bras de Persée, bras de la Règle et du Cygne, bras Écu-Croix et bras Sagittaire-Carène). Il existe aussi deux bras plus courts dits mineurs dont l’un est important pour nous puisqu’il contient le Soleil : c’est le bras d’Orion (notre étoile se trouve sur son bord intérieur) qui est peut-être une branche du bras de Persée mais on n’en est pas encore totalement sûr.

 

   Toutefois, en 2008, le télescope Spitzer a quelque peu rebattu les cartes en démontrant que la Galaxie n’a probablement que deux grands bras spiraux (Persée et Écu), les deux autres étant relégués au rang de bras secondaires, l’ensemble formant une structure au fond plus conforme à celle d’une galaxie barrée. Nouveau changement il y a quelques mois : la Voie lactée retrouve ses quatre bras après un comptage approfondi de certaines catégories d’étoiles… En réalité, les deux opinions sont probablement exactes et complémentaires : les deux bras reconnus par Spitzer sont ceux qui contiennent la majorité des étoiles tandis que les deux autres sont plus riches en gaz. On en saura plus avec le satellite Gaïa lancé récemment…

 

 

le halo

 

   C’est la région de l’espace qui entoure les galaxies spirales et donc la Voie lactée. On y rencontre évidemment bien moins d’étoiles que dans le disque ou le bulbe et, de plus, ces étoiles anciennes, toutes de catégorie II, ont des mouvements parfois étranges, des orbites rétrogrades ou fortement inclinées, voire totalement irrégulières. Certaines des naines rouges actuellement à proximité du Soleil (Groombridge 1830 à 29,7 années-lumière, Kapteyn à 12,8 années-lumière) sont suspectées de faire partie de ces étoiles du halo, de passage en quelque sorte dans le disque galactique qu’elles traversent de part en part…

 

   D’où viennent alors ces étoiles qui semblent échapper aux règles communes ? Eh bien très certainement de petites galaxies satellites de la Voie lactée qui ont été « capturées » au fil du temps. C’est, par exemple, le cas de la galaxie naine du Sagittaire (située de l’autre côté du disque par rapport au Soleil et donc difficile à observer) dont la Voie lactée « a phagocyté » un certain nombre d’étoiles qu’elle « a regroupé » dans des amas globulaires (voir plus bas). Cette galaxie naine (mais c’est également vrai pour les autres) devrait passer, elle, à travers la disque de la Voie lactée dans environ 100 millions d’années et elle y perdra nombre de ses étoiles avant d’être à terme définitivement absorbée.

 

   On rencontre donc dans ce halo de nombreux amas globulaires (150 sont visibles et il doit en exister bien d’autres). Ces amas comprenant chacun plusieurs dizaines de milliers d’étoiles se sont pour la plupart vraisemblablement formés en même temps que la Galaxie (d’autres, comme on l’a vu, ont été arrachés à des galaxies satellites) et c’est la raison pour laquelle leurs étoiles sont vieilles. Le cas particulier d’amas globulaires contenant des étoiles bleues, donc jeunes, n’a pas remis en cause cette notion comme on peut le lire dans le sujet dédié : amas globulaires et traînards bleus.

 

   Et puis il y a la « matière noire » bien présente dans le halo et sur laquelle nous allons revenir.

 

 

La galaxie tourne sur elle-même de façon complexe

 

   Toutes les étoiles de la Galaxie sont animées d’un mouvement en fait conjugué : mouvement d’ensemble, galactique, et mouvement propre à chacune. Ces mouvements sont évidemment complexes et il existe plusieurs moyens de les calculer ; l’un des principaux est le calcul de la parallaxe d’une étoile, c’est-à-dire l’angle sous lequel peut être vue depuis une étoile une longueur de référence (par exemple le rayon de la Terre pour les étoiles proches). On peut également avoir recours au calcul de la vitesse radiale d’une étoile par l’étude du déplacement de ses raies spectrales par effet Doppler. Quoi qu’il en soit, on peut ainsi mettre en évidence que l’ensemble de la Voie lactée est en rotation autour de son centre, tournant dans le sens des aiguilles d'une montre.

 

   Toutefois, comme écrit plus haut, il existe deux déplacements pour une étoile comme le Soleil : général avec l’ensemble de la Galaxie et propre à lui-même dans son environnement immédiat ; le Soleil fait le tour de la Galaxie en 226 millions d’années (ce qui veut dire qu’il en est à son vingtième) à la vitesse de 250 km/s mais sa vitesse propre par rapport aux étoiles voisines de référence est de 19,5 km/s en direction de la constellation d’Hercule…

 

   Il ne faudrait pas croire que la Voie lactée tourne à la façon d’un gigantesque disque solide (comme ceux de nos anciens tourne-disques) car, en effet, la répartition des étoiles n’est pas la même partout. Au centre, elles sont nombreuses et rapprochées et ont donc des interactions les unes avec les autres tandis que, en périphérie où elles sont plus rares, les étoiles interagissent moins. La rotation de la Voie lactée rappelle celle d’un solide au niveau du bulbe tandis qu’elle est beaucoup plus variable en périphérie du disque et des bras spiraux. De plus vient se surajouter la présence de la matière noire…

 

 

La matière noire du halo

 

   C’est à Fritz Zwicky que l’on doit pour la première fois l’évocation d’une mystérieuse « matière », invisible et indétectable, mais à l’influence très importante sur les galaxies. En effet, le scientifique suisse avait, dès les années 1930, observé une grande structure galactique située à environ 300 millions d’années-lumière de nous, l’amas de Coma. Il avait calculé que la vitesse de certaines galaxies de cet amas pouvait atteindre les 1000 km/s, une vitesse qui, normalement, aurait dû tout simplement les expulser de la structure. Mais, bien sûr, ce n’est pas le cas : ces galaxies restent soudées les unes aux autres comme par une force mystérieuse. Zwicly en fut alors certain : tout cela ne peut relever que de la gravitation ce qui sous-entend qu’il existe une matière non visible dont la masse intervient. Il refit ses calculs et arriva à la conclusion que cette masse invisible, baptisée « matière manquante », pèse 500 fois plus que toute la matière visible de l’amas… Bien entendu, on ricana à ces affirmations et la découverte de Zwicky fut enterrée durant 40 ans…

 

   Dans les années 1970, c’est une américaine, Vera Rubin, qui se mit au travail sur la question. Les télescopes étant devenus plus performants, on pouvait de ce fait distinguer individuellement certaines étoiles de la galaxie d’Andromède M31 et, surprise, l’astrophysicienne s’aperçut que les étoiles en périphérie d’Andromède tournent aussi vite que celles de son centre ! Une seule explication est envisageable : en fait, c’est toute la galaxie qui est le centre et elle est entourée d’une « périphérie » composée d’une matière invisible appelée matière noire

 

   Aujourd’hui, on sait que cette matière noire est présente en quantité importante dans toutes les galaxies et notamment dans le halo de la Voie lactée : la vitesse de rotation de celle-ci devrait diminuer à grande distance du noyau central mais ce n’est pas le cas. Exactement comme pour la galaxie d’Andromède. Il existerait bien une autre explication qui serait que la théorie de la gravitation, la Relativité générale, est fausse ; peu de scientifiques croient à cette dernière hypothèse, surtout à un moment où on vient de mettre en évidence, fin 2015, les ondes gravitationnelles prédites par Einstein dans sa théorie, il y a plus de cent ans  ! Les spéculations sur la matière noire vont bon train (voir le sujet : matière noire et énergie sombre) mais sans réelle avancée jusqu’à présent.

 

   Andromède contient certainement plus d’étoiles que notre galaxie et, de ce fait, on pourrait dire qu’elle est plus grosse qu’elle mais elle également plus massive puisque, selon des calculs récents, elle contiendrait deux fois plus de matière noire que la Voie lactée. Pourquoi et de quoi est faite cette matière noire ? Jusqu’à ce jour le mystère reste total.

 

 

Le groupe local

 

   On disait en préambule que les milliards de galaxies de l’Univers étaient regroupés dans des structures comprenant quelques dizaines d’entre elles, appelées groupes pour moins de cent galaxies ou amas pour plus de cent. À une échelle encore supérieure, ces groupes ou amas sont d’ailleurs eux-mêmes associés dans des structures géantes dénommés superamas. La Voie lactée ne fait pas exception et le groupe auquel elle appartient est tout simplement baptisé groupe local, une structure rassemblant une trentaine ou une quarantaine de galaxies (en raison de la poussière et de la position du Soleil, certaines sont difficiles à mettre en évidence).

 

 

   D’un diamètre d’environ 10 millions d’années-lumière, le groupe local est dominé par deux galaxies géantes, Andromède, la plus grosse, et la Voie lactée. Ces deux entités se rapprochent l’une de l’autre à la vitesse de 130km/s (soit 468 000 km/h) mais, encore séparées par une distance de 2,5 millions d’années-lumière, leur rencontre ne se fera pas avant plusieurs milliards d’années : la date est encore incertaine et le satellite Gaïa, déjà cité, devrait nous en dire plus en permettant de calculer plus précisément la vitesse d’Andromède.

 

   Chacune de ces deux géantes possède son cortège de galaxies satellites. Pour la Voie lactée (qui en a déjà absorbé plusieurs), il s’agit surtout des deux nuages de Magellan, galaxies irrégulières respectivement à 157 000 années-lumière pour le Grand Nuage (50 milliards d’étoiles) et à 197 000 années-lumière pour le Petit (25 milliards d’étoiles). Preuve de l’influence gravitationnelle considérable de la Voie lactée, il existe deux appendices liant les nuages à celle-ci et cela même si l’on n’est pas tout à fait sûrs que les dits-nuages seront complètement attirés. Autre galaxie satellite de la Voie lactée, celle du Grand Chien (la plus proche, à 25 000 années-lumière), celle du Sagittaire, déjà évoquée, et quelques autres plus petites (Petite Ourse, Dragon, Fourneau, Lion, etc.).

 

   La galaxie d’Andromède, quant à elle, a pour satellite principal la troisième (et dernière) galaxie spirale du groupe, la galaxie du Triangle M33 dont la masse est estimée à 60 milliards d’étoiles (ce qui en fait la troisième plus massive du groupe local) mais représente à peine plus de 5% de la masse d’Andromède estimée à 1 000 milliards d’étoiles. Un cortège d’autres galaxies elliptiques naines, voire irrégulières, entoure Andromède tandis que quelques galaxies de taille modeste paraissent indépendantes.

 

 

La Voie lactée, combien d’étoiles ?

 

   On vient de dire que la taille de la galaxie d’Andromède était estimée à 1 000 milliards d’étoiles, que l’on pensait à 50 milliards pour le Grand Nuage de Magellan, 25 milliards pour le Petit Nuage mais que sait-on à propos de notre galaxie elle-même ?

 

   Comme il est toujours difficile d’observer quelque chose dont on fait partie, après bien des hésitations, les scientifiques sont à peu près tombés d’accord pour estimer le nombre d’étoiles dans la Voie lactée compris dans une fourchette de 200 à 400 milliards. En 1985, un grand projet de comptage des étoiles de notre galaxie a été lancé au sein de l’Observatoire de Besançon. Le résultat de cette étude qui aura duré 25 ans a été donné en 2009 : la Voie lactée renferme 140 milliards d’étoiles (à quelques milliards d’incertitude près). Le nombre est moins important que celui attendu mais ce qui a surtout marqué les esprits, c’est la répartition des étoiles par types. En effet, l’étude montre que les petites étoiles, celles qui ont les masses les plus faibles, sont largement majoritaires : plus de 60% du total sont des naines rouges, bien moins lumineuses que le Soleil ! Justement, à propos de lui qui est une naine jaune, est-il bien une étoile moyenne comme on le présente habituellement ? Eh bien non : notre Soleil fait partie d’un groupe minoritaire puisque des étoiles ayant sa luminosité représentent moins de 15 % (2,5 milliards d’individus) de l’ensemble. De la même façon, les étoiles très lumineuses, ces géantes bleues ou rouges que l’on évoque si souvent, sont, elles, ultra-minoritaires, quelques millions seulement. En fait, ce sont « les obscurs, les sans-grade » qui dominent. D’autant que sur les 140 milliards d’astres recensés, près d’un tiers sont des étoiles ratées (naines brunes) ou des étoiles mourantes ou ne brillant plus (faiblement) que par leurs restes (comme les naines blanches)…

 

   Il n’empêche : 140 milliards, cela fait quand même beaucoup d’étoiles et si l’on songe que chacune d’entre elles est susceptible de posséder plusieurs planètes, le nombre de celles-ci devient alors gigantesque. D’après les spécialistes des planètes extrasolaires, 70% des jeunes étoiles sont entourées de planètes de « taille terrestre » et beaucoup pensent que, si presque toutes les étoiles possèdent des systèmes planétaires, on peut avancer le chiffre de mille milliards de planètes dans la Voie lactée. Un chiffre qui ne laisse aucun doute sur la présence parmi elles de planètes tout à fait semblables à la nôtre…

 

   La Voie lactée est vaste et donc peuplée de beaucoup d’étoiles. Comme pour toute galaxie, on doit y observer des supernovas (voir : novas et supernovas), étoiles géantes mourantes qui, l’espace de quelques jours, illuminent le ciel de leur incandescence fugitive. L’estimation des astronomes est qu’un tel événement devrait se produire 2 à 3 fois par siècle. Pourtant, la dernière supernova observée dans la Voie lactée date d’avant l’invention de la lunette astronomique puisque c’est Kepler lui-même qui décrivit une supernova apparue dans la constellation d’Ophiucus en 1604. Il s’agit là probablement d’une curiosité statistique. Quoi qu’il en soit, la plus connue des supernovas est celle de 1054 qui est visible de nos jours sous la forme d’un rémanent, la nébuleuse du Crabe (bien qu’elle ait probablement été moins intense que celle de l’an 1006, cette dernière ayant été, avec le Soleil, la seule étoile à avoir jamais produit des ombres à la surface de la Terre).

 

 

Le gigantisme de la Voie lactée : une poussière à l’échelle de l’Univers

 

   S’il est un élément qu’il convient de rappeler lorsqu’on parle d’astronomie, ce sont les distances si importantes entre les objets de l’espace que, le plus souvent, le cerveau humain n’arrive pas à les concevoir. La sonde Voyager 1, par exemple, aura mis pas moins de 30 ans pour sortir du simple système solaire et, pourtant, elle file à la vitesse de 17 km/s  ! Comme on l’a déjà dit, c’est en dizaines d’années qu’il faut envisager un voyage jusqu’à la plus proche étoile voisine : on imagine volontiers ce que représente des voyages vers le centre de la Galaxie ! Sans évidemment parler des voyages intergalactiques, tout bonnement impossibles… Reste que, statistiquement, la Vie existe très certainement quelque part au sein de notre galaxie mais que le problème est de la rejoindre, à supposer que l’on sache où chercher… Distances complètement infranchissables au sein même de notre propre galaxie… qui représente, par rapport à l’immensité de l’Univers, moins qu’un grain de sable à la surface de la Terre : oui, l’Homme est bien petit dans cette Nature immense.

 

 

 

 

Sources :

 

1. Wikipedia France

2. Science et Vie.com

3. Encyclopaediae Britannica

4. planete.gaia.free.fr

5. www.cosmovision.com

6. www.astronomes.com

 

 

 

Images :

 

1. Voie lactée en Australie (sources : tuxboard.com)

2. Voie lactée (sources : Wikipedia.org)

3. schéma galaxie barrée (sources : jacques.rosu.perso.sfr.fr)

4. place du Soleil dans la Galaxie (sources : maxisciences.com)

5. structuration d'une galaxie spirale (sources : nrumiano.free.fr)

6. galaxie des chiens de chasse M51 (sources : flashespace.com)

7. Véra Rubin (sources : spaceanswers.com)

8. galaxies du groupe local (sources : fr.wikipedia.org)

9. galaxie d'Andromède M31 (sources : media4.obspm.fr)

10. nébuleuse du Crabe (sources : hubblesite.org)

(pour lire les légendes des illustrations, passer le curseur de la souris dessus)

 

 

 

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19 décembre 2015 6 19 /12 /décembre /2015 16:43

 

 

 

 

 

 

     Depuis la parution du livre de Darwin qui, en 1859, bouleversa totalement notre compréhension de l’évolution du monde du vivant, les divers opposants à cette nouvelle approche avancent un argument qu’ils considèrent comme implacable : s’il existe réellement une évolution des espèces au fil des âges, disent-ils, comment se fait-il que l’on ne trouve pas plus de fossiles intermédiaires ? Par exemple, si l’on admet que l’Homme est un primate, comment se fait-il que l’on ne puisse jamais mettre en évidence « l’ancêtre de transition », celui que l’usage appela rapidement « le chaînon manquant » ? Nous allons essayer de répondre à ces questions en expliquant notamment que c’est parce que ce maillon manquant n’a jamais existé et qu’il n’est que le fruit d’une mauvaise compréhension des lois de l’Évolution. Bien entendu, le raisonnement que nous allons suivre pour l’Homme s’applique à l’ensemble des espèces.

 

 

La grande chaîne du vivant et les préjugés religieux

 

     Au printemps 2014, dans le microcosme scientifique, on reparla soudain d’un « chaînon manquant ». Il s’agissait cette fois d’expliquer la découverte d’un micro-organisme baptisé lokiarchaeota décelé près d’une source hydrothermale située entre le Groenland et la Norvège et qui possédait des caractéristiques à la fois avec les bactéries et avec l’espèce humaine : il n’en fallait pas plus pour que certains s’exclament que l’on venait de découvrir un des « chaînons manquants » de la longue lignée ayant conduit des premières entités vivantes à l’Homme  ! Après étude, il fut conclu qu’il n’en était rien : lokiarchaeota est un microbe certes très intéressant mais moderne et descendant probablement d’un ancêtre très lointain appartenant à un groupe dont faisait également partie les ancêtres éloignés des mammifères d’aujourd’hui. Comment se fait-il que, des années après la parution du livre princeps de Darwin, on en soit encore à chercher des ancêtres communs qui viendraient peupler des évolutions linéaires du vivant, comme si cette évolution n’était qu’un long cheminement vers le but ultime de la Nature, l’Homme, être suprême ?

 

     Cette idée de « développement linéaire » qui encombre encore les consciences est en réalité, fondée sur la notion de « la grande chaîne du vivant » qui est une invention de la théologie médiévale, basée sur des concepts développés par Platon, Aristote et bien d’autres philosophes de l’Antiquité. Dans cette théorie, on imagine un processus continu de la vie qui se complexifie progressivement, de façon hiérarchique, selon un schéma pensé et voulu par Dieu. Les liens qui unissent les différents objets de la chaîne ne peuvent être rompus ou modifiés, de même que la place des différents éléments qui la composent (à moins, dans certains cas très précis, d’avoir recours à l’alchimie). Bien entendu, au sommet de cette hiérarchie (juste en dessous de Dieu et des anges) se tient l’Homme qui est appelé à régner sur un univers uniquement peuplé d’animaux qui lui sont forcément inférieurs puisque lui-même n’est pas un animal mais une « créature supérieure de Dieu ». Il est curieux de constater que cette théorie qui ne repose évidemment sur aucune base scientifique existe toujours dans le subconscient de bien des chercheurs (en biologie de l’Évolution, on continue à parler « d’échelon supérieur » ou de « formes inférieures », là où, dans ce dernier cas, il vaudrait mieux parler de formes archaïques ou primitives).

 

     Il est vrai que « l’ego de l’Homme » a, depuis quelques siècles, subi un certain nombre de désillusions : après que Copernic eut expliqué au monde que c’était la Terre qui tournait autour du Soleil et non l’inverse (ce que l’on croyait depuis des siècles), on en arriva ensuite à affirmer que notre étoile n’est qu’un astre banal, situé en périphérie d’une galaxie ordinaire (de 150 milliards d’étoiles) comme il en existe, à perte de vue, des milliards d’autres. Et voilà que, pour couronner le tout, Charles Darwin explique que toutes les observations du vivant concourent à faire de l’Homme un animal comme les autres : pis encore, il est biologiquement parlant un primate, c’est-à-dire un « singe dit supérieur »…

 

     Après avoir provoqué la grosse colère de toute une foule de créationnistes, l’idée au départ scandaleuse que « l’homme descend du singe » finit par être reconnue par le monde scientifique. Plus encore, on arriva à admettre que l’Homme était lui-même un singe, de la série des grands primates  ! Toutefois, les préjugés ont la vie dure puisque si l’on admettait cette idée, on concluait immédiatement que c’était l’aboutissement d’une évolution directe comme en témoigne le succès d’un dessin fameux où l’on peut voir des animaux se redresser progressivement pour arriver à l’Homme et à sa marche droite en station debout (illustration ci-contre) : de nombreux esprits - parfois assez éclairés - continuent à croire que les choses se sont passées ainsi, ce qui est une ineptie. Cette « filiation » n’existe en fait que dans l’esprit d’individus mal informés…

 

 

L’erreur fatale : l’Homme moderne « descend directement » du singe 

 

     S’il y a une lignée « directe », il faut donc en découvrir les différents protagonistes successifs. On n’explique pas autrement le succès d’une des plus importantes mystifications scientifiques de l’époque moderne, celle de "l’homme de Piltdown". Nous sommes alors au tout début du siècle dernier et les scientifiques pensent tous au « chaînon manquant » qui relierait homo erectus à homo sapiens (Neandertal est vécu comme si « affreux » qu’il ne peut être considéré comme un ancêtre de l’Homme  !). Voilà qu’en Angleterre, à Piltdown, dans le Sussex, un paléontologue amateur met au jour un crâne possédant des caractéristiques humaines associé à une mâchoire manifestement d’apparence simiesque : le monde entier se réjouit puisqu’on vient de trouver le fameux maillon intermédiaire, l’ancêtre direct de Sapiens. Il faudra attendre 1959, soit 47 ans plus tard, pour que la supercherie soit reconnue : le crâne est bien celui d’un homme… mais ayant vécu au Moyen-âge et la mâchoire est celle d’un vrai singe  ! (voir le sujet dédié : la machination de Piltdown). Suite à l’étude (postérieure) des australopithèques, on sait à présent que cette supercherie aurait pu être bien plus crédible s'il avait été associé un crâne de singe à une mâchoire d’homme…

 

     Comment un tel mensonge a-t-il pu subsister si longtemps dans la communauté scientifique ? Eh bien précisément parce qu’on voulait absolument trouver ce chaînon manquant, survivance inconsciente dans l’esprit de tous de la fameuse « chaîne du vivant » évoquée plus haut. Dans un sujet précédent, j’avais expliqué que lorsque, comme les créationnistes du « dessein intelligent », on cherche à démontrer une conclusion dont on a au préalable décidé les termes (ce que l’on nomme « raisonnement finaliste »), on sort du domaine scientifique pour entrer de plain-pied dans la fiction (voir le sujet : science et créationnisme). Avec la machination de Piltdown, nous sommes en plein dedans…

 

     Mais alors quelle est la « filiation d’homo sapiens » la plus vraisemblable ?

 

 

L’évolution vers l’homme moderne

 

     Il faut définitivement oublier les « arbres » généalogiques classiques, où l’on voit, parti d’un tronc commun robuste, les espèces vivantes évoluer sous forme de branches, puis de branches plus petites, de rameaux enfin, comme s’il n’y avait chaque fois qu’un seul chemin à suivre pour expliquer les formes vivantes actuelles. Comme le faisait remarquer le paléontologue Stephen J. Gould, « il n’y a pas, il n’y a jamais eu d’arbre unique mais des buissons foisonnants ».

 

     Reprenons la généalogie de l’Homme. Il n’y a pas un ancêtre commun qui serait en quelque sorte un homo sapiens archaïque, ancien, et dont on risquerait de découvrir un jour le fossile permettant d’affirmer qu’il est le chaînon qui manquait. Au contraire, il est certain que de nombreux caractères évolutifs appartenant à l’homme moderne ont été pris à des formes variées d’hominidés ayant vécu conjointement dans la savane africaine durant des millions d’années. Il est donc probable qu’il nous sera toujours impossible de trouver l’espèce d’hominidé qui avait en commun avec nous telle ou telle caractéristique et nous l’a transmise.

 

     Avant, il a certainement existé un ancêtre commun avec les grands singes à une époque que les scientifiques situent il y a environ de 5 à 8 millions d’années. Par la suite, donc, de nombreuses espèces d’hominidés ont coexisté et certaines se sont révélées être des impasses comme, par exemple, paranthropus, dont on pense qu’il s’est éteint sans descendance il y a 1 million d’années. Ailleurs, différentes lignées ont vécu parallèlement, échangeant certains caractères et l’une d’entre elle, celle de Sapiens, s’est individualisée avec le succès que l’on connaît. Cette « réussite » doit tout au hasard et l’on sait que, à certains moments, notre espèce fut proche de l’extinction totale. S’il n’en fut rien, cela est dû à ce que Gould appelle la contingence, c’est-à-dire essentiellement la conjonction d’un hasard total associé au déterminisme des événements accidentels ayant conduit à l’état actuel. Le hasard aurait basculé dans une direction légèrement différente et le monde d’aujourd’hui pourrait n’être peuplé que de chimpanzés.

 

« Il y a cinq millions d’années, une simple femelle de grand singe non humain a été la mère commune d’une descendance ayant conduit aux trois espèces encore vivantes de nos jours : les hommes, les chimpanzés et les bonobos. Les enfants de cette mère originelle se sont unis avec d’autres grands singes de leur propre espèce qui ont eu des enfants qui ont eu des enfants et ainsi de suite durant plusieurs centaines de milliers de générations... À aucun moment de cette évolution, les enfants ne sont apparus ou se sont comportés différemment de leurs parents. Pourtant, au départ, il y avait de grands singes non humains et, à la fin de la lignée, des hommes. Les hommes ne sont apparus à aucun moment particulier au cours du temps. Ce sont plutôt les organismes non humains qui ont progressivement évolué par de légères modifications partiellement humaines jusqu’à lentement aboutir à l’espèce que nous appelons Homo sapiens. »

 

Lee M Silver (Challenging Nature, 2006, Harper Collins, New York, USA)

 

 

    Il y a 65 millions d’années, un astéroïde totalement imprévisible a heurté la Terre si fort que la conséquence en a été la disparition de toutes les espèces dominantes de l’époque, une domination qui durait depuis des centaines de millions d’années. Cet événement imprévu permit la prépondérance ultérieure des mammifères dont, notamment, les grands primates. Hasard.

 

     Bien plus tard, dans la savane africaine d’il y a quelques millions d’années, une succession d’événements accidentels permit l’apparition de l’Homme moderne. Hasard encore une fois. On peut toutefois se poser la question de savoir si ce hasard-là aura été une chance pour la planète et ses autres occupants.

 

 

 

 

 

Sources :

 

* https://fr.wikipedia.org/

* http://www.hominides.com/

* http://theconversation.com/

* http://www.evolution-outreach.com/

 

 

Images

 

1. le chaînon manquant (sources : histoire-fr.com)

2. source hydrothermale Loki Castle (sources : phenomena.nationalgeographic.com/)

3. le grand arbre de la Vie par Ernst Hackel 1873 (sources : fr.wikipedia.org)

4. la (fausse) filiation de l'Homme (sources : hominides.com)

5. crâne de l'homme de Piltdown (sources : linternaute.com)

6. de nombreux hominidés ont longtemps cohabité (sources : Elisabeth Daynès, photo Philippe Plailly/Eurelios in hominides.com

(pour lire les légendes des illustrations, passer le curseur de la souris dessus)

 

 

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10 novembre 2015 2 10 /11 /novembre /2015 18:10

   

 

 

 

 

 

   Les observations de notre Univers à partir de notre petite planète ont une limite : celle de nos instruments. Il est, par exemple, rigoureusement impossible d’observer (du moins avec nos outils actuels) au-delà de l’horizon indépassable de 380 000 ans après le Big bang, date d’apparition de la lumière.

 

   Néanmoins, les progrès dans l’observation des confins de l’Univers ont été foudroyants ces quelques dernières années, notamment grâce au télescope spatial Hubble, à présent d’ailleurs presque exclusivement consacré à l’études des horizons lointains : nous l’avons déjà évoqué en 2010 (voir : les premières galaxies) et il s’agissait alors de ce que l’on appelait le Hubble Deep Field. Depuis, les observations se sont encore affinées, notamment grâce à des artifices techniques que nous évoquerons, et on parle à présent du « Hubble Frontier Fields » : les « espaces profonds » étudiés il y a cinq ans sont devenus les « espaces frontières »  !

 

 

Le télescope Hubble est toujours là  !

 

   Lorsqu’il fut lancé au début des années 1990, Hubble fut une considérable avancée : bien que l’engin soit équipé d’un relatif petit miroir (2,40 m tout de même), sa position dans un espace dénué de la moindre turbulence, permit d’obtenir des images que les plus impétueux des astronomes n’auraient jamais imaginé contempler. Les découvertes s’enchaînèrent et, oui, on peut dire qu’il y a eu un avant et un après Hubble (voir le sujet : le télescope spatial Hubble).

 

   Les années passèrent et, peu à peu, l’avance technologique considérable que représentait le télescope spatial fut rattrapée par les télescopes construits sur Terre. Les contraintes de la technologie spatiale obligeant à n’emporter dans l’espace que des instruments de taille modeste, il est, de ce fait, impossible de rivaliser avec les télescopes terriens géants qui sont de véritables laboratoires qu’on peut même parfois relier entre eux. Et voilà que le seul vrai avantage qui restait à Hubble , l’observation dans un milieu sans turbulences, a été anéanti il y a quelques années par l’informatique embarquée sur ses rivaux à Terre, capable de corriger les turbulences de l’air en temps réel… En conséquence, les scientifiques ont orienté l’activité de Hubble sur des travaux où il reste encore le plus performant : l’observation des confins de l’Univers visible d’où l’aventure du Hubble Frontier Fields.

 

 

L’observation des champs célestes profonds

 

   Dans l’espace, bien qu’aucune turbulence ne vienne troubler l’observation et que le noir profond du cosmos soit ici un élément majeur, il n’en reste pas moins qu’il est difficile de capter l’image d’astres si lointains et dont la lumière est si faible que l’observateur ne reçoit que quelques rares photons. Chaque photographe amateur le sait : lorsque la lumière est vraiment faible, un moyen d’obtenir quand même une bonne image est d’augmenter le temps de pose. Et c’est bien ce que les scientifiques ont demandé à Hubble : des temps de pose si longs qu’il peuvent atteindre jusqu’à… six semaines  ! Seul Hubble est capable d’une telle prouesse accompagnée d’un vrai résultat. Mais ce n’est pas tout.

 

   Le programme Hubble Frontier Fields consiste donc en l’observation à long temps de pose de six amas de galaxies lointains. Toutefois, les scientifiques de le NASA ont eu recours à un autre artifice bien spécial pour augmenter la précision des images : l’utilisation d’une loupe gravitationnelle naturelle.

 

   Une lentille (ou loupe) gravitationnelle est un phénomène naturel parfaitement prévu par la théorie de la relativité générale. L’idée en est la suivante : lorsqu’une masse très importante se trouve concentrée en un endroit précis de l’espace, elle déforme celui-ci en le courbant. Tout objet est susceptible d’obtenir ce résultat, le Soleil par exemple, mais pour que cela soit suffisamment perceptible, il faut bien sûr un objet massif. Suivant l’importance de l’objet, presque toujours un amas de galaxies, la courbure de l’espace sera plus ou moins importante et la lentille gravitationnelle efficace; il faut donc choisir des masses énormes (plusieurs millions de milliards de masses solaires), seules à même de permettre un grossissement de 10 voire 50 fois des images. Dans le cas du Hubble Frontier Fields, il ne s’agit, bien sûr, que d’étudier un minuscule endroit très particulier de l’Univers, celui où se trouve une lentille gravitationnelle, mais cela permet au miroir de Hubble de voir son diamètre multiplié virtuellement jusqu’à 20 fois  !

 

   Bien entendu, les images obtenues devront être retravaillées car leur aspect primitif est celui d’objets fortement déformés voire multipliés par la loupe, un peu comme la vision d’une pièce d’habitation qu’on regarderait à travers le fond d’une bouteille. Il n’empêche : l’amplification de la lumière par la loupe permet d’apercevoir des objets autrement totalement hors de portée du télescope. Cette « mission » Hubble Frontier Fields est prévue pour durer trois ans et ce sont les premières images étonnantes de ces espaces lointains qui sont actuellement diffusés par la NASA. Ajoutons qu’il est prévu de coupler Hubble à d’autres télescopes spatiaux tels Chandra (rayons X) et Spitzer (infrarouge) pour cerner mieux encore l’évolution de ces galaxies et notamment le rôle des trous noirs dans le phénomène.

 

 

D’extraordinaires images des confins de l’Univers

 

   Les scientifiques ont notamment choisi un groupe de plusieurs centaines de galaxies appelé Abell 2744 situé à environ 3,5 milliards d’années lumière de nous. La courbure de l’espace et du trajet de la lumière par cet ensemble agit, on vient de le voir, comme une espèce de lentille grossissante pour tout ce qui se trouve au-delà et c’est ainsi que Hubble a pu photographier près de 3000 galaxies situées jusqu’à 13,2 milliards d’années-lumière (dont l’image nous parvient donc comme elle l’était il y a 13,2 milliards d’années). L’Univers ayant, selon les plus récentes observation du satellite Planck, un âge de 13,8 milliards d’années, cela signifie que Hubble a pris des photos de galaxies telles qu’elles existaient seulement 600 millions d’années après le Big bang. En d’autres termes, Hubble a pu photographier certaines galaxies si anciennes qu’elle furent probablement les première à s’être créées.

 

   Les photos prises par Hubble de ces débuts sont tout à fait conformes à ce qu’en attendaient les astronomes ; à cette époque, l’Univers sortait à peine de la soupe brûlante du Big bang et on n’est donc pas étonné d’observer de petites galaxies, ultracompactes et donc très brillantes. Les étoiles qui les composent font partie des premières générations et leur halo bleuté y est dominant. Certaines d’entre elles sont probablement encore des étoiles primordiales.

 

   À titre d’illustration, citons la toute jeune galaxie Abell 2744 Y1 qui, bien que 30 fois plus petite que la Voie lactée, produit 10 fois plus d’étoiles qu’elle. Il est vrai que cette galaxie est vue comme elle se présentait il y a 13,2 milliards d’années et que son image actuelle doit être bien différente…

 

 

L’étude n’en est qu’à ses débuts

 

   Le projet Hubble Frontier Fields n’en est qu’à son début puisqu’il va se poursuivre plusieurs années encore. Pour le moment, comme on l’a déjà dit, Hubble s’est essentiellement occupé de l’un des six amas à étudier, à savoir Abell 2744, mais les autres sont prévus dans les mois à venir et ils apporteront certainement des surprises car, outre l’étude de la structure de l’Univers à ses débuts et l’aspect des premières galaxies, d’autres observations sont prévues comme, par exemple, l’étude de la répartition de la matière noire dont la NASA vient de communiquer les premières photos.

 

   Cette étude concerne en l’occurrence un autre amas de galaxies sobrement intitulé MACSJ0416.1-2403. Il s’agit du deuxième amas dont l’étude est prévue dans le projet et, lui aussi, est gigantesque puisqu’il « pèse » 160 000 milliards de fois plus que le Soleil. Ici également, c’est le principe de lentille gravitationnelle qui a permis de tracer la carte de la matière noire de cet ensemble… D’après les spécialistes, c’est la première fois que l’on obtient des mesures aussi précises sur ce sujet (voir photo ci-jointe).

 

   Pour les puristes, précisons que les quatre derniers amas à étudier sont respectivement : MACS J0717.5+3745 ; MACS J1149.5+2223 ; Abell S1063 et Abell 370. C’est dire qu’on peut s’attendre à de nouveaux superbes clichés de ces espaces lointains.

 

   Le projet Hubble Frontier Fields paraît particulièrement digne d’intérêt pour plusieurs raisons. D’abord parce qu’il nous donne des illustrations d’objets et d’endroits qui sont à la toute extrême limite de ce que l’Homme peut observer. Ces contrées situées à plus de 13 milliards d’années-lumière de nous, n’existent certainement plus en l’état puisque l’image qu’on en voit aujourd’hui date de plus de 13 milliards d’années, une durée que l’esprit humain est par ailleurs incapable d’intégrer vraiment. C’est la raison pour laquelle ces images sont si précieuses puisqu’elles nous montrent un Univers au temps de sa toute jeunesse. Un moyen donc de peut-être pouvoir comprendre comment tout a commencé. Ajoutons que, en raison de l’expansion de l’Univers, ces espaces-frontière s’éloignent de nous à une vitesse de plus en plus grande et que, plus le temps passe, moins ils seront accessibles à l’observation. Si l’expansion de l’Univers ne s’inverse pas, dans quelques millions d’années ne seront plus visibles que les quelques galaxies de notre groupe local et les lointains observateurs de ce temps-là n’auront plus aucun moyen de comprendre la structure de l’Univers…

 

   Une autre raison pour s’intéresser à ce projet de la NASA est de constater que l’intelligence humaine est parfois remarquable. En effet, alors que les plus puissants instruments que nous avons en notre possession ont montré leurs limites, les scientifiques arrivent encore à faire progresser leurs capacités d’observation en utilisant certains artifices naturels, comme ici la courbure de l’espace démontrée jadis par Einstein, moyen élégant de contourner certaines  limites physiques.

 

   On attend la suite avec impatience  !

 

 

 

 

Sources :

 

1. Wikipedia France

. Science et Vie (www.scienceetvie.com)

3. übergizmo (fr.ubergizmo.com)

4. observatoire Midi-Pyrénées (www.obs-mip.fr)

5. laboratoire d’astrophysique de Marseille (www.lam.fr/)

6. www.gurumed.org

7. Mikulski Archives For Space Telescopes (https:archive.stsci.edu/)

 

 

 

Images :

 

1. l’amas Abell 2744 du projet HubbleFrontier Fields (sources : www.nasa.gov)

2. télescope spatial Hubble (sources : hubblesite.org)

3. télescope européen E-ELT (sources : irfu.cea.fr)

4. lentille gravitationnelle (sources : Wikipedia-France)

5. l'amas Abell 2744 (sources : www.gurumed.org)

6. matière noire dans l'amas MACSJ0416.1-2403 (sources : www.lam.fr)

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8 octobre 2015 4 08 /10 /octobre /2015 18:56

 

 

 

 

 

   C’est en Afrique, on le sait, que l’immense majorité des scientifiques situe l’apparition des lignées d’hominidés qui conduiront, des millions d’années plus tard, à homo sapiens, l’homme dit moderne. Deux territoires africains sont particulièrement célèbres en raison des découvertes qui y ont été faites : la vallée du rift, à l’est, où de nombreux australopithèques ont été mis au jour (voir le sujet : East Side Story, la trop belle histoire) et l’Afrique du sud, notamment dans la région environnant Johannesburg où se trouve, à 50 km  au nord-ouest de la ville, un endroit baptisé « the cradle of humankind » (le berceau de l’humanité) tant les squelettes de préhumains y sont nombreux. C’est là qu’il y a un peu moins de deux ans (en novembre 2013) une intéressante découverte a été faite, une découverte qui pourrait rebattre les cartes de la généalogie humaine.

 

 

La découverte d’homo naledi

 

   Le site dit du « berceau de l’humanité », en Afrique du sud, est exploré depuis longtemps et on y a trouvé nombre de fossiles majeurs pour l’histoire de l’Homme. Il y a environ deux ans, l’attention du paléontologue sud-africain Lee Berger (de l’université de Witwatersrand) est attirée par deux de ses jeunes collègues sur l’existence d’une petite grotte très difficile d’accès baptisée « naledi » (naledi veut dire étoile en sesotho, une langue bantoue locale). Ils expliquent que la grotte est située à près de 30 m de profondeur et que, pour y accéder, il faut effectuer une reptation d’environ 100 m dans un tunnel seulement praticable par des individus très minces. En effet, eux-mêmes pourtant peu corpulents, ne purent progresser que de façon extraordinairement périlleuse, un bras collé le long du corps, l’autre lancé devant, avant d’aboutir à une paroi où ils découvrirent par hasard une fissure qui les mena jusque dans une cavité jonchée de débris osseux. Une exploration plus complète est mise en place. On décide de choisir des femmes paléontologues à la silhouette particulièrement fine tandis que le reste de l’équipe resté en surface suit et dirige les fouilles à l’aide d’un système vidéo. A l’issue de ce qui reste néanmoins une quasi-performance sportive, les scientifiques débouchent sur une cavité dans laquelle se trouvent, relativement bien ordonnés, environ 1500 débris de squelettes permettant de reconstituer des corps entiers de tous âges et des deux sexes : un véritable trésor d’archéologie préhistorique !

 

   Les chercheurs sont alors certains de deux choses :

 

1. il ne s’agit pas de morceaux de squelettes apportés par une quelconque voie d’eau, siphon ou rivière souterraine car, à l’exception d’une souris et de quelques oiseaux, il n’y a pas de débris autres que ceux de ces hominidés et, de plus, les squelettes sont bien en place ;

 

 2. ce n’est pas non plus le repaire d’un quelconque prédateur car il est situé trop profondément et surtout il ne présente aucune trace d’occupation animale ni de morsures sur les squelettes.

 

   Comme on n’a pas trouvé d’autre ouverture à cette grotte souterraine qui n’a de plus jamais été en contact direct avec la surface,  on en arrive à se demander s’il ne s’agirait pas d’une sorte de chambre funéraire ; jusqu’à présent toutefois, les plus anciennes sépultures ont été attribuées à Sapiens et à Néandertal et elles datent de moins de 100 000 ans : on a donc du mal à croire que des préhumains aient pu progresser dans l’obscurité, tout au de long de ce boyau resserré, pour venir déposer là les dépouilles d’une quinzaine d’individus de tous âges (il y a des vieillards et des bébés) dans une sorte de mission initiatique. L’étude des squelettes peut-elle en apprendre plus ?

 

 

Principales caractéristiques d’homo naledi

 

   Il faut tout d’abord rappeler la découverte, quelques années plus tôt, par ce même Lee Berger, dans une grotte située également en Afrique du sud, de deux squelettes fort bien conservés d’un hominidé qu’il aurait souhaité faire reconnaître comme appartenant au genre homo : la communauté scientifique décida finalement qu’il s’agissait d’une nouvelle espèce d’australopithèque, aux caractéristiques probablement les plus proches du genre humain jamais découvertes, finalement appelée australopithecus sediba. Le scientifique voudrait-il rééditer cette démarche d’identification avec Naledi ?

 

   Il est également nécessaire de revenir sur une notion essentielle (d’ailleurs déjà traitée à plusieurs reprises sur ce blog, par exemple, avec le sujet : le dernier ancêtre commun) : longtemps, les scientifiques ont cherché « le maillon manquant » précurseur de l’Homme. Ils avaient en effet du mal à comprendre comment on pouvait exhumer nombre de fossiles de préhumains sans avoir jamais mis au jour celui de l’ancêtre direct de l’homme moderne. On sait aujourd’hui que ce précurseur d’homo sapiens n’a probablement jamais existé : l’homme moderne a hérité de caractéristiques diverses provenant de multiples préhumains ce qui en fait, comme beaucoup d’autres, une espèce « composite »… Nombre de ceux qui « donnèrent » à cet homme moderne certaines de ses caractéristiques arpentèrent durant longtemps et en même temps les steppes et savanes africaines avant de disparaître au profit de ce seul homo sapiens (que ce dernier soit responsable de ces disparitions est une autre histoire !). Très bien mais où se situe Naledi dans tout ça ?

 

   D’une taille d’environ 1m50 pour un poids moyen de 45 kg, Naledi présente certains caractères qui le rapprochent d’homo sapiens alors que d’autres font plutôt penser à un australopithèque ; en faveur du genre homo, les scientifiques font valoir :

 

* une main plutôt moderne évoquant une capacité probable à manier des outils mais aux doigts restant très incurvés soulignant une évidente facilité pour grimper aux arbres ;

 

* des pieds qu’il « paraît presque impossible de distinguer des pieds d’homme moderne » (dixit les découvreurs) et cela démontre que Naledi était non seulement capable de se tenir debout mais également de le faire durant longtemps laissant supposer que cette position debout n’était pas chez lui accidentelle. Rappelons, toutefois, que la bipédie n’est pas toujours ce que l’on croit et notamment pas le seul apanage de l’homme : elle a peut-être même précédé la quadrupédie ;

 

* ses dents, petites et fines, ne plaident pas pour une alimentation composée de végétaux car pour en broyer les fibres il faut plutôt des dents larges et puissantes : on pense donc à une alimentation omnivore, relativement énergétique et donc plutôt moderne.

 

   En revanche, le crâne de Naledi est de très petite taille tandis que le haut de son corps rappelle celui des australopithèques. De ce fait, on peut hésiter entre plusieurs possibilités : être en présence d’un australopithèque « tardif », d’une forme intermédiaire précurseur du genre homo ou même d’un homo archaïque. C’est certainement cette dernière hypothèse que privilégia Lee Berger et les paléontologues sud-africains puisqu’ils donnèrent à leur découverte le nom d’homo naledi.

 

   Reste une grande inconnue : l’âge de ces squelettes dont on rappelle qu’ils ont été trouvés « à même le sol » sans la présence de ces couches sédimentaires contenant de nombreux débris permettant les datations pratiquement « à l’œil nu » : cette fois, il faudra attendre des analyses plus fines et, d’après les spécialistes concernés, il est possible qu’elles identifient des spécimens vieux de 2 à 3 millions d’années… ou seulement de 10 000 ans ! On comprend que tant d’incertitudes ajoutées au caractère étrangement « médiatisé » de la découverte elle-même aient poussé les uns et les autres à adopter des positions assez tranchées …

 

 

Les avis sont partagés

 

  Dès la publication de la découverte (dans une revue scientifique certes honorable mais à diffusion limitée) par un paléontologue relativement habitué à des coups d’éclat, une polémique est apparue qui ne s’apaisera – peut-être - que lors de l’annonce des datations.

 

  Pour les découvreurs, cela ne fait aucun doute, Naledi appartient pleinement au genre homo, notamment en raison des extrémités de ses membres plutôt modernes même si le volume de son cerveau semble le rapprocher des australopithèques.

 

   Ce n’est pas l’avis d’Yves Coppens (le découvreur de Lucy) qui penche, avec nombre d’autres paléontologues, pour la découverte d’un australopithèque de plus, la petitesse de son cerveau ne pouvant en aucun cas correspondre à un représentant de la lignée des homo. Mais alors, s’il s’agit d’un fossile à ce point ancien, comment expliquer l’amorce d’orientation mystique que semble évoquer la découverte de tous ces corps en un même endroit quasi inaccessible ? Pour Coppens, il s’agit là aussi d’une interprétation erronée : avant Sapiens et, dans une moindre mesure, Néandertal, jamais les hominidés antérieurs n’ont été connus pour enterrer leurs morts, voire même simplement les disposer à part pour les soustraire à l’emprise des charognards. C’est a fortiori le cas des australopithèques : il s’agit donc ici probablement d’un piège naturel dans lequel ont chuté les différents individus.

 

   La datation des ossements permettra bien sûr d’y voir plus clair. Toutefois, nouvel australopithèque ayant vécu il y a 2 ou 3 millions d’années ou homo plus ou moins archaïque et donc plus récent, la découverte de Naledi montre une fois de plus le formidable développement de la lignée humaine que, bien plus qu’une simple progression linéaire, il convient de représenter sous la forme d’un foisonnement buissonnant.

 

 

L’ancêtre commun n’a jamais existé

 

   Les différentes caractéristiques de l’homme moderne, son gros cerveau, son trou occipital centré, son bassin, etc. n’ont pas été transmis par un ancêtre commun qui aurait été simplement un tout petit peu plus « archaïque ». La forme actuelle d’homo sapiens résulte d’acquis réalisés au cours des âges par divers  préhumains : le trou occipital centré permettant la station debout et les petites canines pour une alimentation plus énergétique datent de – 7 millions d’années (MA) ; les gros genoux pour l’endurance et la course sont apparus aux environs de - 4 MA tandis que le pied arqué et les orteils courts datent de – 3,7 MA. Vers – 3,3 MA, c’est l’apparition d’un pouce long permettant une meilleure préhension tandis que, à peu près au même moment, le bassin devient court et large permettant, entre autres, un accouchement en position allongé, voire assis. La torsion de l’humérus date de – 2 MA, les longues jambes pour la course et l’élargissement de la tête fémorale (meilleure assise) de 1,9 MA. Enfin, c’est il y a à peu près 1 MA que le cerveau acquiert à peu près son volume actuel.

  

   Ces acquisitions progressives au fil des millions d’années expliquent pourquoi il ne peut y avoir un seul ancêtre à homo sapiens. De nombreux préhumains se sont croisés, affichant ici tel caractère, là tel autre, cet attribut étant gardé par l’Evolution en raison de son intérêt pour l’espèce (avantage évolutif), celui-là étant finalement écarté. C’est la raison pour laquelle il n’est pas facile de dresser une généalogie rapprochée de Sapiens, en fait une généalogie sans cesse en mouvement, sans cesse remaniée en fonction des découvertes paléontologiques et de l’étude détaillée des fossiles.

 

  Homo (ou australopithécus) naledi est probablement contemporain des homo ergaster, abilis et erectus et il est peut-être même une forme archaïque de ce dernier… mais seules les datations pourront nous le confirmer. Toutefois, s’il est aussi âgé que ça, il est alors très peu probable que la cavité où ont été retrouvés ses restes aient quelque rapport de près ou de loin avec une quelconque religiosité. À moins de remettre en cause tout ce que nous savons de la paléoethnologie : une éventualité assez invraisemblable  !

 

 

 

Sources :

 

 

Images :

 

1. homo naledi (sources : John Hawks / Wits University / AFP) 

2. « berceau de l’Humanité » en Afrique du Sud (sources : wilrotours.co.za)

3. paysage typique près de Johannesburg (sources : willingfoot.com)

4. A. sediba a maintenant son portrait au muséum de Londres (sources : maxisciences.com)

5. homo naledi (sources : youtube.com)

6. crâne de homo naledi (sources : cnn.com)

7. généalogie sapiens (www.sceptiques.qc.ca)

(pour lire les légendes des illustrations, passer le curseur de la souris dessus)

 

 

Mots-clés : vallée du Rift - cradle of human kind (en anglais) - Lee Berger - homo naledi - chambre funéraire - australopithecus sediba - bipédie - Yves Coppens

(les mots en blanc renvoient à des sites d'information complémentaires)

 

 

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1. la bipédie, condition de l'intelligence ?

2. le dernier ancêtre commun

3. East Side Story, la trop belle histoire

4. Néanderthal et Sapiens, une quête de la spiritualité

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6. l'apparition de la conscience

 

 

 

 

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mise à jour : 25 avril 2016

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Published by cepheides
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5 septembre 2015 6 05 /09 /septembre /2015 19:10

   

 

 

 

   Le modèle qui explique le mieux ce que nous savons de notre Univers et de sa formation est appelé « modèle standard ». Il repose au départ sur l’hypothèse d’une singularité appelée Big bang où toute la matière est contenue dans un très petit volume qui brutalement s’agrandit en créant l’espace au fur et à mesure de son expansion pour aboutir à l’Univers que nous pouvons à présent observer, les étoiles, les galaxies, etc. Toutefois, la théorie n’est pas parfaite et même si, nos outils évoluant, nombre de ses implications ont pu être validées par l’observation, il reste des points noirs, des interrogations et des lacunes. Ces anomalies, ces bizarreries qui ne « collent » pas avec le modèle sont-elles susceptibles de le remettre en cause ou bien sont-elles seulement la preuve que nous ne disposons pas encore de toutes les données ? Doit-on tout reprendre à zéro ou simplement nous armer de patience, le temps finissant par nous apporter les réponses indispensables ? Il est passionnant de se poser de telles questions mais, bien sûr,  seulement après avoir précisé ce que sont les plus importantes de ces anomalies.

 

 

Des étrangetés qui interpellent

 

   Après la découverte par Penzias et Wilson en 1964 du fond diffus cosmologique, la théorie du noyau originel, plus connue sous le nom de Big bang, s’imposa chez les scientifiques comme étant l’explication la plus vraisemblable de la formation de notre Univers, même s’il fallut par la suite introduire la notion « d’inflation » (accélération subite de l’expansion de l’Univers à ses débuts) qui semble, d’ailleurs, avoir été récemment validée par l’observation. Toutefois, l’astronome Zwicky (qui « inventa » les supernovas) jeta un pavé dans la mare dès les années 1930 en expliquant que les rotations des galaxies étaient beaucoup plus rapides que ne le prévoyait la théorie du Big bang ce qui fut confirmé bien plus tard par la communauté scientifique. La vitesse anormale de la rotation des galaxies n’est toutefois pas, comme on va le voir, la seule interrogation que les astronomes se posent à propos de ces structures : leur aspect, leur disposition et même leur composition interpellent aussi. Intéressons-nous d’abord à la question qui passionna Zwicky.

 

 

La trop grande vitesse de rotation des galaxies

 

   Comme on vient de le voir, c’est donc le Suisse Fritz Zwicky (1898-1974) qui souleva le problème de la vitesse de rotation des galaxies (il avait constaté l’anomalie dès 1933 et, à cette époque, avait émis l’hypothèse d’une matière intersidérale invisible pour l’expliquer). Il ne fut bien sûr pas écouté et c’est seulement dans les années 1970 que l’Américaine Vera Rubin s’intéressa au problème et démontra que Zwicky avait raison : les étoiles en périphérie des galaxies ont une vitesse de rotation bien plus importante que ne le prévoit le modèle. L’explication pourrait en être la présence d’une matière « invisible » d’une masse pouvant aller jusqu’à 5 à 6 fois celle de la galaxie considérée. De ce fait, les étoiles observées ne se trouveraient alors plus en périphérie de la galaxie puisqu’entourées par de la matière invisible mais beaucoup plus proches du centre de l’ensemble ce que l’on ne peut évidemment pas voir en observation directe. Et voilà pourquoi ces étoiles tourneraient plus vite que prévu ! En 2008, les calculs furent affinés et ils ne souffrent aucune discussion : il y a bien anomalie puisque, alors que la théorie avance une vitesse de rotation maximale de 100 km/s, l’observation nous dit 3 fois plus (300 km/s environ). L’explication ? Le résultat de la présence de cette matière invisible, vite appelée matière noire.

 

   Problème : personne n’a jamais vu cette matière noire, ni même ne sait à quoi elle pourrait bien ressembler. On l’a introduite dans les calculs pour les valider, un point c’est tout. Pour un modèle « standard », cela ne fait pas tout à fait sérieux…

 

 

L’énigme des pulsars manquants

 

   Comme cela a déjà été expliqué dans le sujet dédié (mort d'une étoile), une étoile à neutrons est le stade ultime de la mort des grosses étoiles (celles faisant plus de 8 fois la masse du Soleil) après qu’elles se soient d’abord transformées en supernovas (certaines de ces étoiles, encore plus grosses, se transforment même directement en trous noirs). Une étoile à neutrons est toute petite : quelques dizaines de km de diamètre mais la matière y est hyperconcentrée (on dit que le poids de la tour Eiffel y tiendrait dans quelques grains de poussière). Beaucoup d’entre elles sont dotées d’un champ magnétique intense et, comme ces restes d’étoiles tournent rapidement sur eux-mêmes, leurs champs magnétiques peuvent être captés, à la manière de « phares » cosmiques, sous la forme de très brèves impulsions : on parle alors de pulsars. On comprend aisément que, si le rayonnement magnétique d’un pulsar est aligné sur le récepteur, à savoir la Terre, il est assez facile de l’identifier.

 

   Où trouve-t-on de grosses étoiles susceptibles d’avoir donné des pulsars ? Eh bien dans le centre de la galaxie où grouillent les étoiles massives. Sauf que - pas de chance - les télescopes ne purent jamais mettre en évidence les dits-pulsars lorsqu’on les chercha. Normal, répondirent les spécialistes : entre le centre galactique et nous, il y a d’immenses nuages de poussière imperméables même aux rayons X. Bien. On se contenta de cette explication jusqu’à ce qu’un télescope en repère un, de pulsar, à une année-lumière du centre estimé. À cette occasion, on se rendit compte que les poussières n’étaient en réalité pas si opaques que ça… et que, décidément, il n’y avait vraiment pas de pulsars au centre de notre galaxie. L’explication ? Difficile à donner. Certains scientifiques évoquent l’antimatière (?), le trou noir central de notre galaxie appelé Sagittarius A ou, plus récemment… la matière noire qui, s’accumulant sur les pulsars, les ferait exploser en trous noirs… forcément invisibles. Toujours la matière noire  !

 

 

Le mystère des bulbes galactiques

 

   Encore les galaxies : décidément, il semble y avoir un problème avec elles dans le modèle standard ! Cette fois, on s’intéresse à leurs bulbes c'est-à-dire à leurs centres. En effet, la théorie stipule que les grandes galaxies sont le fruit de la fusion de galaxies plus petites qui s’agrègent progressivement. Et, là, les stimulations sont formelles : en pareil cas, à chaque nouvelle fusion, le bulbe de la nouvelle galaxie résultante doit s’accroître. Sauf que l’observation ne va pas dans ce sens. Les galaxies ont des bulbes centraux toujours plus petits que ce que l’on pourrait escompter et les deux-tiers d’entre elles n’ont même pas de bulbe du tout ! (étude en infrarouge de 2002 portant sur des milliers de galaxies). Plus encore, lorsque, avec le télescope spatial Hubble, on regarde très très loin – et donc dans le passé lointain de l’Univers – on s’aperçoit que ces premières galaxies si éloignées dans le temps et dans l’espace n’ont pas de bulbe, qu’elles ne sont que des amas d’étoiles jeunes organisées en différents blocs adjacents.

 

   Ces constatations sont si dérangeantes que les scientifiques essaient par tous les moyens de retoquer leur modèle en modifiant par exemple les températures notamment des gaz, la masse des galaxies… et les propriétés de la matière noire. Toujours elle. Le modèle standard, ici aussi, montre certaines limites.

 

 

L’alignement des galaxies naines

 

   Chaque grande galaxie est entourée de structures plus petites que l’on appelle des galaxies satellites. Notre galaxie, la Voie lactée, ne fait pas exception et elle est effectivement entourée de quelques galaxies naines (comme les nuages de Magellan qui renferment quelques milliards d’étoiles) mais elles ne sont qu’une trentaine là où la théorie en prévoit plusieurs milliers. Phénomène encore plus surprenant : toutes ces galaxies se retrouvent alignées dans un plan relativement étroit autour la Voie lactée. Cette disposition étrange n’est pas isolée : nous savons à présent que l’on retrouve un agencement aussi particulier pour nombre de galaxies observées récemment. Quelle peut en être l’explication ? Pour certains scientifiques, c’est encore la matière noire qui expliquerait ces alignements spéciaux. D’autres commencent à se demander si ce ne sont tout simplement pas les lois de la physique newtonienne qu’il faudrait revoir : nous aurons l’occasion de revenir sur ce point de vue.

 

 

Les oscillations trop intenses des géantes rouges

 

   Une étoile géante rouge représente le stade par lequel passe une étoile moyenne comme le Soleil lorsqu’elle atteint la fin de sa vie. Beaucoup plus grosse que l’étoile d’origine, elle est alors aussi plus froide (donc rouge) précisément en raison de sa taille. Ces étoiles sont parfaitement identifiables dans notre galaxie et c’est l’étude systématique de plusieurs centaines d’entre elles qui attira l’attention des scientifiques. En effet, dans le disque galactique où elles se trouvent, elles « oscillent » légèrement de bas en haut à la façon d’un manège où les chevaux de bois montent et descendent.

 

   Je devrais plutôt dire « la théorie prévoyait qu’elles oscillent légèrement » parce que, en réalité, ce n’est pas le cas : l’amplitude est d’autant plus grande qu’elles sont éloignées du centre du disque galactique, jusqu’à deux fois plus que ce qui était prévu. Quelle pourrait-être l’explication de cette étrange observation ? On a avancé la présence des galaxies naines, notamment les nuages de Magellan, mais les calculs montrent que leur masse est trop faible. Les chercheurs ont alors proposé une particularité de la matière noire qui s’écraserait aux pôles de la galaxie et expliquerait donc les variations à l’équateur. Toujours cette matière noire dont on ne peut se passer…

 

 

D’autres étrangetés, encore

 

   Les anomalies que l’on vient d’évoquer sont plutôt troublantes et elles ne sont pas les seules. Depuis quelques années, on a mis en évidence d'autres phénomènes ou observations qui ont du mal à entrer dans le cadre du modèle standard. À moins, ici encore, d’invoquer cette fameuse matière noire…

 

* mise en évidence d’un étrange rayon X : c’est à l’occasion d’une banale étude des spectres lumineux de plusieurs dizaines d’amas galactiques (pour en cataloguer la composition chimique) que le télescope de l’Agence Spatiale Européenne identifia un rayonnement ne correspondant à rien de connu. Après avoir cru à une erreur, les spécialistes se précipitèrent sur des enregistrements antérieurs… qui montrèrent effectivement les mêmes données passées alors inaperçues  ! Et si c’était la trace de cette matière noire que l’on cherche désespérément depuis des années et que, comme l’Arlésienne, on ne voit jamais ?

 

* des nuages de gaz trop lumineux : entre les galaxies stagnent d’immense nuages d’hydrogène plus ou moins ionisés et baignant par conséquent en lumière ultra-violette. Les scientifiques ont donc cherché à mesurer ce fond ultra-violet et à en identifier les responsables. Malheureusement, même en incriminant tous les objets susceptibles de former ce fond, notamment les quasars (très productifs en UV) qui sont les trous noirs centraux de certaines galaxies, on arrive à peine à 20% de ionisation. Et le reste ? Serait-ce… la matière noire car, selon certains modèles expérimentaux, elle serait capable d’aboutir à la formation d’ultra-violets ? On n’en sait pas plus.

 

* de bizarres émissions d’ondes radio à l’origine difficile à expliquer s’affichent parfois sur les détecteurs des scientifiques. Ils ressemblent  à l’émission de pulsars sauf qu’ici ils sont isolés, bien différents d'une répétition régulière de signaux. La piste pulsar a donc été écartée mais les astronomes sont à peu près persuadés - étant donné la similitude du signal unique avec ce que l’on sait de ces objets - qu’il s’agit quand même bien d’étoiles à neutrons. Plusieurs explications invérifiables pour le moment ont été avancées, la dernière en vogue évoquant une étoile à neutrons s’effondrant en trou noir central galactique à cause d’un surplus de… matière noire.

 

* les amas galactiques sont, pour certains, incompatibles avec l’évolution prévue par le modèle standard. On évoque ici les ensembles de centaines de galaxies (plusieurs centaines, parfois même des milliers) qui se sont formés assez tôt dans l’Univers, il y a environ 10 milliards d’années, à une époque où celui-ci était encore très jeune (il avait donc 3,7 milliards d’années). Pourtant, à ce moment lointain du passé, certains amas étaient déjà gigantesques alors qu’ils sont censés se construire progressivement, au fur et à mesure des fusions. Ces structures étant relativement stables dans le temps, on peut se poser la question : pourquoi si tôt ?

 

 

La matière noire et quoi d’autre ?

 

   On a vu que le modèle standard, s’il répond correctement à l’immense majorité des événements impliqués dans la construction et l’expansion de l’Univers, trouve tout de même quelques limites. Et pas des moindres. Pour combler ces « imprécisions », les théoriciens ont introduit une notion qui permet d’expliquer totalement notre environnement : la matière noire. Celle-ci explique les lacunes observées. Explication facile, diront certains.

 

   Cette matière inconnue n’est toutefois pas la seule énigme de notre astronomie actuelle. Prenons encore plus de recul et regardons cet Univers dans sa globalité : on s’aperçoit alors que, non seulement il est en expansion mais que celle-ci s’accélère comme le démontrent les dernières observations ; il faut donc introduire une force répulsive s’opposant à la gravitation qui, elle, aurait spontanément tendance à faire se contracter l’Univers et se rapprocher les objets entre eux. C’est le rôle dévolu au corollaire énergétique de la matière noire baptisé énergie sombre (ou noire selon les auteurs). Et on a beau faire et refaire les calculs, de ces éléments et énergies cachées, il en faut beaucoup : toute la matière que nous connaissons (étoiles, planètes, galaxies, nuages de gaz, etc.) représente un peu moins de 4% tandis que la matière noire interviendrait pour 21% et l’énergie sombre, 75%  ! Disons-le autrement : 96% de l’Univers ne nous est pas accessible et nous est donc inconnu  ! On a parfois du mal à le croire et certains scientifiques ont vite franchi le pas. Si on ne voit pas cette matière noire, prétendent-ils, c’est pour la bonne raison qu’elle n’existe pas…

 

   Oui, mais comment alors expliquer les étrangetés dont nous venons de parler dans ce sujet : par exemple, la vitesse de rotation excessive des étoiles périphériques des galaxies ou la « danse oscillatoire » des géantes rouges ? D’autres modèles dits alternatifs viennent alors se substituer au modèle standard : des théories où les propriétés de la matière noire sont différentes , d’autres où elle n’existe pas.

 

   En effet, avancent certains chercheurs, si le modèle standard a tant de mal à expliquer certains phénomènes, c’est que la physique classique dont nous nous servons, celle de Newton, n’a plus cours dans ces domaines bien particuliers : il faut l’adapter et peut-être même la réinventer. C’est ce que propose, par exemple, le modèle MOND (MOdified Newtonian Dynamics ou Dynamique Newtonienne Modifiée) : ici, c’est la définition de la gravitation qui change. On se souvient que, dans la mécanique newtonienne, la gravitation est proportionnelle à l’accélération : dans la théorie MOND, cette gravitation varie selon l’échelle ; en cas de présence importante de matière, la gravitation suivrait parfaitement les lois de Newton mais, en cas de moindre quantité, l’accélération serait plus faible ce qui expliquerait les anomalies observées. De ce fait, plus besoin de matière noire, c’est la variation naturelle de la gravitation qui explique les phénomènes de vitesse de rotation trop élevée des étoiles périphériques des galaxies ou l’alignement des galaxies naines.

 

 

L’avenir départagera

 

   Les étrangetés de l’Univers dont nous venons d’évoquer les principales connues ne permettent pas au modèle standard actuellement en vigueur de leur apporter des réponses totalement satisfaisantes. Signalons quand même que le modèle standard reste - de loin - le plus apprécié des scientifiques et cela bien qu’ on n’ait jamais pu isoler et identifier la matière noire. Toutefois, on a quand même pu indirectement l’observer  : l’effet de lentille gravitationnelle (dédoublement de l’image d’un objet par la courbure de l’espace en présence d’une masse importante) permet de calculer la masse d’après la théorie de la relativité générale et celle-ci ne correspond pas à la masse prédite, la différence étant attribuée à la matière noire. MOND ne peut expliquer les lentilles gravitationnelles mais prévient que ce n’est pas la masse qui est alors modifiée mais le champ gravitationnel. On le voit : il en faudra plus pour départager les différentes théories.

 

   De plus grands et plus précis outils d’observation vont bientôt entrer en fonction et il est probable que certaines des bizarreries évoquées se résoudront alors spontanément. La prochaine campagne du LHC, à la frontière franco-suisse, grand spécialiste de la chasse aux particules puisqu’il a mis en évidence le boson de Higgs, trouvera peut-être quelque chose se rattachant à la matière noire… Pour le moment, il faut patienter : dans le domaine scientifique, c’est toujours quand on s’y attend le moins que l’on est confronté aux surprises. Certaines de taille, parfois.

 

 

 

Sources :

 

1. Wikipedia France

2. Science et Vie, n° 1171, avril 2015

3. CNRS (http://www.cnrs.fr/)

4. Encyclopaedia Britannica

 

 

 

Images :

 

1. galaxie des Chiens de Chasse (sources : www.nasa.gov)

2. l'amas de Coma (sources : en.wikipedia.org)

3. vue d'artiste d'un pulsar (sources : zmescience.com)

4. grand nuage de Magellan (sources : astro-rennes.com)

5. nébuleuse de la montagne mystique (sources : qd9-test.obspm.fr)

6. répartition de la matière dans l'Univers (sources : www.podcastscience.fr)

7. lentille gravitationnelle Abell 3827 (sources : science-et-vie.com)

 (pour lire les légendes des illustrations, passer le curseur de la souris dessus)

 

 

 

Mots-clés : modèle standard - Big bang - fond diffus cosmologique - Fritz Zwicky - matière noire - supernovas - étoiles à neutrons - trous noirs - pulsars - Sagittarius A - géante rouge - quasars - amas galactiques - expansion de l'Univers - modèle MOND - lentille gravitationnelle

(les mots en blanc renvoient à des sites d'information complémentaires)

 

 

 

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4. l'Univers, passé et avenir

5. l'expansion de l'Univers

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mise à jour : 10 mars 2016

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18 juillet 2015 6 18 /07 /juillet /2015 18:18

 

 

 

 

     Si d’aventure on le leur demandait, je crois que beaucoup de nos contemporains ne sauraient pas réellement situer la ceinture de Kuiper dans l’espace, pourtant tout le monde – ou à peu près – sait en réalité ce qu’elle est puisqu’il s’agit de la périphérie de notre système solaire, là où se situe la planète naine Pluton. La sonde New Horizons étant arrivée ces jours-ci à proximité de cette petite planète, il est intéressant de revenir sur cette part de notre système solaire que nous connaissons si mal et ce d’autant que l’hypothèse d’une planète fantôme susceptible d’y exister a récemment repris des couleurs.

 

 

 

La ceinture de Kuiper

 

 

     La ceinture de Kuiper, c’est loin, très loin, au-delà de la huitième planète du système solaire, Neptune, qui est déjà fort loin de nous puisque située à 30 unités astronomiques (ua). Rappelons qu’une ua, unité de mesure couramment utilisée en astronomie, correspond à la distance Terre-Soleil soit environ 150 millions de km (très exactement : 149 600 000 km). Neptune est donc à environ 4,5 milliards de km ce qui est une distance difficile à concevoir : disons pour mieux en saisir la réalité que la lumière du Soleil met 4 heures et 10 minutes pour l’atteindre alors qu’elle ne met que 8 minutes pour éclairer notre planète. C’est donc dans ce lointain espace que commence la ceinture de Kuiper et on estime qu’elle s’étend jusqu’à environ 55 ua.

 

     Dans cet endroit, si faiblement éclairé par le Soleil et où celui-ci apparaît à peine plus gros qu’une étoile, les scientifiques estiment que se trouvent des objets multiples témoignant des premiers instants du système solaire : planètes naines comme Pluton et son satellite Charon, planétésimaux, comètes dont certaines viennent avec régularité visiter la partie plus centrale du système solaire, débris divers mal identifiés, poussières en tous genres, en fait tous des fragments du disque protosolaire qui, à cet endroit, n’ont pas réussi à former de véritables planètes.

 

     Il ne semble pas toutefois que ces objets, du plus petit (quelques grammes) au plus grand possible ici (moins de 3000 km de diamètre), soient distribués au hasard : l’essentiel de ces débris se situe entre 40 et 48 ua en raison d’un phénomène de résonnance orbitale. Oui mais c’est quoi, la résonnance orbitale ? Eh bien, pour faire simple, disons que, lorsque deux corps gravitent autour d’un troisième, ils s’influencent mutuellement jusqu’à ce que leurs périodes de révolution aient des rapports de fraction entière simple. Prenons un exemple : Pluton, la planète naine, est influencée par Neptune selon une résonnance 2 : 3 ce qui veut dire que chaque fois que Neptune tourne trois fois autour du Soleil, Pluton tourne deux fois autour de lui… De la même façon, la présence de Neptune a structuré la ceinture de Kuiper et les objets qu’elle est susceptible de contenir en en modifiant les orbites et les trajectoires jusqu’à une distance de 42 ua à partir de laquelle son influence devient négligeable : c’est donc à cette distance que les objets peuvent exister sans que leurs orbites soient modifiées et c’est également là que l’on trouve plus des 2/3 des objets de la ceinture.

 

   Curieusement, la ceinture de Kuiper s’interrompt brutalement, vers 50 ua, avec la disparition des objets de grande taille et il est difficile de savoir s’il s’agit du début d’une lacune très large ou effectivement le bord extérieur de la dite ceinture : les scientifiques qui n’ont pas d’explications pour ce phénomène l’ont appelé « la falaise de Kuiper ». Signalons enfin que ce mécanisme de ceinture de débris n’est pas propre à notre système solaire puisqu’un phénomène analogue a été mis en évidence pour une vingtaine d’étoiles.

 

 

 

Le nuage d’Oort

 

 

     Ce sont les comètes qui ont permis de comprendre ce qu’était l’espace au-delà de la ceinture de Kuiper. Déjà, Halley (celui qui donna son nom à l’une des plus célèbres d’entre elles) avait remarqué que les comètes revenaient éclairer nos cieux nocturnes de façon régulière et qu’elles devaient bien venir de quelque part. C’est l’astronome hollandais Oort qui, dans les années 1950, avança l’hypothèse que ces comètes régulières provenaient d’un lointain espace situé aux confins de notre système solaire. En effet, expliquait-il, on sait bien que, après plusieurs passages près du Soleil où elles perdent à chaque fois une partie de leur substance, les comètes sont détruites. Pourtant, on en voit toujours alors que depuis la formation du système solaire, il y a 4,6 milliards d’années, elles auraient dû toutes disparaître : c’est donc qu’il y a un réservoir de matière quelque part, un endroit qui recèle des milliards de noyaux cométaires… Oort sélectionna une quarantaine de comètes dont, après de savants calculs (répartition de l’inverse des demi-grands axes cométaires), il estima la provenance : entre 40 000 et 150 000 ua (soit à peu près de 0,6 à 2,4 années-lumière) ; le bord externe de cet espace est à l’extrême limite d’influence du Soleil, à plus du quart de la distance qui nous sépare de l’étoile la plus proche, la naine rouge Proxima (ou alpha) du Centaure… qui pourrait, elle-aussi, posséder son propre « nuage d’Oort » formant, pourquoi pas ?, un continuum avec celui du Soleil.

 

     Certains scientifiques ont avancé que le Soleil aurait un compagnon caché quelque part au-delà du nuage d’Oort, peut-être une naine brune (une étoile n’ayant pu « s’allumer » en raison de sa trop faible taille) ou une géante gazeuse située en dehors du nuage d’Oort mais qui y pénétrerait tous les 26 millions d’années entraînant alors un bombardement intense par des météorites des parties centrales du système solaire et donc de la Terre. On a même donné à cette hypothétique planète le nom de Némésis (du nom de la déesse de la colère des Dieux dans la mythologie grecque) mais aucune preuve de son existence n’a jusqu’à présent été trouvée. Néanmoins, une telle idée - une planète lointaine encore inconnue - peut-elle avoir des bases scientifiques ?

 

 

 

Une planète mystérieuse

 

 

    Parlant du nuage d’Oort, nous venons d’évoquer des distances de plusieurs milliers d’ua, un endroit si éloigné qu’aucune lumière provenant du Soleil n’y arrive jamais : là-bas, le Soleil est une étoile parmi les autres. De ce fait, n’importe quel objet, même de taille conséquente, pourrait s’y cacher sans qu’il soit visible de la Terre. Mais y a-t-il vraiment une planète à l’extrémité du nuage d’Oort ? Une planète qui aurait pu être rejetée là-bas, peu après la formation du système solaire, lors de, par exemple, la migration d’une des géantes gazeuses de notre système ? Depuis 200 ans environ, les scientifiques discutent du sujet, tantôt qualifié de « littérature de science-fiction », tantôt présenté comme étant la réponse aux indiscutables anomalies constatées par la communauté scientifique.

 

     Tout a en fait démarré avec la découverte d’Uranus en 1781 par Herschel ou plutôt par la constatation par Urbain Le Verrier, une soixantaine d’années plus tard, d’anomalies dans l’orbite de cette planète qui lui laissaient supposer qu’une autre planète existerait perturbant cette trajectoire. Il fit ses calculs et désigna un point du ciel où, à l’heure dite, on découvrit effectivement… Neptune.

 

     Toutefois, l’histoire ne s’arrête pas là car si Neptune explique bien certaines des anomalies constatées dans les mouvements d’Uranus, il reste des perturbations résiduelles qui ne peuvent être éliminées. On crut détenir l’explication du phénomène en 1930 avec la découverte de Pluton, alors baptisée la neuvième planète du système solaire. Mais l’astre est trop petit, trop peu influent pour expliquer les anomalies de la géante gazeuse (Pluton a été reléguée au rang de planète naine en 2006 ce qui fait que le système solaire ne compte à nouveau plus que huit planètes). Encore raté, donc.

 

     Il faut attendre 1993 et la mission Voyager 2 pour reparler de ces anomalies : la sonde ayant survolé Neptune en 1989, les calculs sont refaits et la masse de la planète est diminuée de près de 0,5 % ce qui permet d’expliquer les anomalies et, du coup, plus besoin d’une planète inconnue… On croit avoir enfin définitivement enterré l’hypothèse de la planète mystérieuse, baptisée planète X : il n’en est rien.

 

       En 2004, la découverte d’un planétoïde d’environ 1000 km de diamètre baptisé Selma avait intrigué les scientifiques car le point de son orbite le plus proche du Soleil est quasiment aligné sur le plan de l’écliptique des autres planètes. Le plan de l’écliptique ? Il s’agit du plan de l’orbite terrestre autour du Soleil ; disons-le autrement : lors de la formation des planètes, celles-ci se sont toutes influencées de façon à ce que leurs orbites soient peu ou prou alignées dans une même zone autour de leur étoile et c’est cette zone circulaire que l’on appelle le plan de l’écliptique Oui, mais pourquoi Selma - qui est loin de toute influence massive des planètes centrales (il est hors de portée de l’attraction de Neptune) - a-t-il lui aussi un tel alignement ? Eh bien, répondirent bien des astronomes, c’est tout simplement dû… au hasard. Parce que le hasard, ça existe aussi, voyez-vous  ! On en resta donc là…

 

       … jusqu’en 2012 où deux astronomes américains mirent en évidence un gros astéroïde de 450 km de diamètre, appelé VP113 qui présente lui aussi une orbite alignée sur ce même plan de l’écliptique. Du coup, on revoit sérieusement le problème : un objet, passe encore, mais deux ça fait désordre. S’il ne s’agit pas d’une erreur d’interprétation (et il ne semble pas que ce soit le cas), cela veut dire qu’un objet massif a influencé le positionnement spatial de ces objets et ce ne peut être Neptune, bien trop centrale : on repense évidemment à la planète X…

 

     Or cette hypothèse d’une planète massive rejetée en périphérie de son système solaire et qui tournerait autour de son étoile à l’extrémité de sa zone d’influence a déjà été mise en évidence : elle concerne une exoplanète nommée Fomalhaut b qui, comme son nom l’indique, orbite autour de Fomalhaut, une étoile blanche de la séquence principale située à 25 années-lumière de la Terre, dans la constellation du Poisson Austral. Et cette exoplanète, une géante gazeuse, située à environ 120 ua de l’étoile a été suspectée… en raison de l’organisation particulière d’un disque de débris. Cherchée durant 8 ans, son existence ayant été niée à plusieurs reprises, on a finalement réussi à la mettre en évidence : c’est même la première exoplanète détectée directement par la photographie optique

 

     Alors, ce qui est vrai pour Fomalhaut, pourquoi cela ne le serait-il pas pour le Soleil ?

 

 

Pluton et au delà

 

     La ceinture de Kuiper et ce qui la prolonge sont vraiment du domaine de l’inconnu. La zone est lointaine et donc très mal éclairée par le Soleil, rendant de ce fait son étude à partir de la Terre très délicate. Même le télescope spatial Hubble a du mal avec cet endroit éloigné et glacé (il est vrai qu’il a surtout été conçu pour voir… beaucoup plus loin, aux confins de l’Univers). C’est dommage car la ceinture de Kuiper et après elle le nuage d’Oort sont des lieux passionnants pour ceux qui s’intéressent aux origines de notre système solaire : en effet, tout, là-bas, est resté « en l’état », c’est-à-dire dans la même situation et avec les mêmes éléments que lors de la formation du système, il y a 4,5 milliards d’années. Étudier ce monde lointain est capital pour la connaissance de nos origines…

 

     Heureusement, il y a les sondes. Justement, l’une d’entre elles, New Horizons, est en train de commencer l’exploration de ces mondes glacés et nous a déjà gratifié de photos exceptionnelles de Pluton et de son satellite Charon : dans le meilleur des télescopes, Pluton nous apparaissait comme un petit point blême et voilà que la sonde nous donne les détails de ses montagnes, de ses différences de couleurs, de son absence surprenante de cratères, etc. mais New Horizons va très vite et, déjà, elle s’éloigne pour explorer d’autres objets.

 

     Les comètes qui viennent des bords du système solaire sont les témoins des débuts du système ? Eh bien, la sonde Rosetta et son module Philae, non seulement prend des photos de la comète Schuri mais elle pourra probablement recueillir des prélèvements dont les scientifiques attendent énormément… 

 

     Les sondes automatiques sont probablement l’avenir pour l’exploration de ces endroits si inhospitaliers et l’aventure ne fait que commencer  !

 

 

 

Sources

 

1. fr.wikipedia.org

2. revue Science & Vie, 1162, juillet 2014

3. Encyclopaedia Britannica

4. Ciel des Hommes (www.cidehom.com)

 

 

Images

 

1. Pluton par la sonde New Horizons, le 13 juillet 2015 (sources : NASA)

2. ua (sources : moulindesetoiles.wordpress.com)

3. ceinture de Kuiper (sources : lastronimieselaraconte.fr)

4. Neptune (sources : le-système-solaire.net)

5. nuage d'Oort (sources : alex-bernardini.fr)

6. Urbain Le Verrier (sources : en.wikipedia.org)

7. plan de l'écliptique (sources : asctoussaint.sa.free.fr)

8. sonde New Horizons (sources : geeksandcom.com)

(pour lire les légendes des illustrations, passer le curseur de la souris dessus)

 

 

Mots-clés : en construction

 

 

 

Sujets apparentés sur le blog

 

1. origine du système solaire

2. les sondes spatiales Voyager

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12 juin 2015 5 12 /06 /juin /2015 17:02
radeau de survie d'une colonie de fourmis de feu (Solenopsis invicta)

radeau de survie d'une colonie de fourmis de feu (Solenopsis invicta)

 

 

     Dans un précédent sujet, nous avons cherché à évaluer l’intelligence des animaux en tant qu’individus représentatifs de leur espèce (voir sujets apparentés en fin d'article). Il existe toutefois une autre forme d’intelligence animale, conséquence de l’activité commune d’un certain nombre de ressortissants d’une même espèce et qui peut être largement supérieure en termes de résultats à l’action de chacun des individus pris séparément. On évoque alors une intelligence de groupe que l’on peut trouver par exemple chez les oiseaux migrateurs, les bancs de poissons et surtout les insectes dits sociaux. Chez ces derniers, le produit de l’action du groupe est toujours infiniment supérieur à celui des individus pris isolément, non seulement en terme de force d’action, ce qui est aisément compréhensible, mais également et surtout pour l’intelligence de la réalisation qui aboutit presque toujours à un résultat surprenant. Ainsi, une fourmi isolée n’est guère intelligente et elle se révèle incapable d’accomplir des tâches un tant soit peu élaborées. Par contre, dès que l’on a affaire à un groupe suffisamment important de ces hyménoptères, les actions réalisées par leur association sont parfois extraordinaires. Comment se fait-il que des individus qui, solitaires, ne peuvent que très peu, trouvent ensemble des solutions parfois stupéfiantes grâce à ce qu’il faut bien appeler une « intelligence collective » ?

 

 

 

la somme du tout est bien supérieure à la somme des parties

 

 

     L’intelligence collective, c’est pour une espèce grégaire le fait de compenser la faiblesse de chacun de ses ressortissants par la possibilité de trouver ensemble et de mettre en ordre des actions parfois terriblement complexes. On y reviendra mais, d’ores et déjà, on peut souligner que seules les lois de l’Évolution adossées à la sélection naturelle sur un long, très long espace de temps sont capables d’expliquer ces réussites qui, aux yeux du profane, paraissent si extraordinaires qu’il en vient parfois à se demander s’il n’y a pas du créationnisme là-dessous : il n’en est à l’évidence rien. Prenons quelques exemples.

 

 

* des fourmis formidablement bien organisées

 

     Solenopsis invicta est une variété de fourmis originaires d’Argentine mais qui, à présent, peuple tout le sud des Etats-Unis ; on les surnomme les « fourmis de feu » en raison de leur grande agressivité et de la douleur occasionnée par leurs piqures.

       Leur réaction est très particulière lorsqu’une montée d’eau brutale (fréquente dans ces contrées) menace la fourmilière. Voilà que, à mesure que l’eau envahit leur habitat, des milliers d’ouvrières s’associent sur la surface de l'eau, s’accrochant les unes aux autres ici par les mandibules, là par leurs pattes. Chaque fourmi se trouve en contact par ses six pattes avec ses voisines, cherchant dans le même temps à les repousser le plus loin possible, créant ainsi de minuscules poches d’air dont la multiplication assure une bien meilleure flottabilité à l’ensemble.

     En quelques minutes se forme alors un véritable radeau vivant ! Les pupes et les larves - qui sont très légères - sont placées dans la partie immergée du radeau afin de servir de flotteurs tandis que la Reine est installée au centre de l’esquif. Celui-ci part alors à la dérive jusqu’à trouver un point de fixation (terre émergée, tronc d’arbre, etc.) où la colonie attendra patiemment la fin de l’inondation. Élément très particulier : le radeau vivant peut dériver des semaines avant de trouver un point de fixation jugé valable ! Ensuite, lorsque les conditions seront redevenues normales, il suffira aux fourmis de pratiquer la gymnastique inverse : la colonie est sauvée…

 

 

* la traversée du fleuve

 

    Bon nombre d’entre nous ont assisté, grâce aux documentaires animaliers, à la grande migration des gnous depuis les plaines du Serengeti, en Tanzanie jusqu’à celles de Masaï Mara au Kenya. Des dizaines de milliers de gnous accompagnés de quelques zèbres parcourent cette énorme distance à la recherche de nouveaux pâturages. Problème : pour rejoindre les terres convoitées, il faut que l’immense troupeau traverse la rivière Mara où les attendent des dizaines de crocodiles affamés regroupés à cet endroit précis chaque année à la même époque.

     Les scientifiques qui observent depuis longtemps ce drame inévitable sont arrivés à la conclusion que, si un zèbre s’appuie sur son intelligence propre qui est plus de dix fois supérieure à celle d’un gnou, les bovidés ont, eux, recours à une sorte d’intelligence collective : au total les gnous s’en sortent bien mieux que les zèbres. En effet, lorsque le gigantesque troupeau arrive sur la berge du fleuve, les premiers individus s’arrêtent, hésitent, piétinent, reculent tandis que les zèbres choisissent de traverser individuellement après avoir repéré les endroits qui leur paraissent les plus sûrs. Mais les nouveaux arrivants toujours plus nombreux repoussent de plus en plus les premiers gnous et l’un d’entre eux tombe finalement dans la rivière. Immédiatement, le troupeau entier se lance et, dans un énorme mouvement d’eau, fait reculer les crocodiles, circonspects devant le bruit et la masse qui s’approche d’eux. Bien sûr, des gnous seront happés au passage mais ce sont les zèbres qui traversent individuellement et latéralement qui feront souvent les frais du recul obligé des crocodiles…

     Arrivés sur l’autre rive, les gnous se séparent en différentes colonnes pour découvrir un passage et lorsque celui-ci est trouvé, tout le monde s’y engouffre, y compris les zèbres.

 

 

* la surveillance partagée

 

      Le Queléa ou « travailleur à bec rouge » (Quelea quelea) est un petit passereau connu pour être un des oiseaux les plus représentés au monde (un milliard et demi d’individus selon les dernières estimations). Habitant l’Afrique subsaharienne, ce petit oiseau (12 cm de long pour une quinzaine de grammes) est évidemment la victime de prédateurs, notamment les oiseaux de proie. Cependant, il lui faut bien se désaltérer et pour cela il a recours à une technique spéciale.

     Regroupés près du point d’eau, ce sont les plus anciens qui vont d’abord se désaltérer tandis que les plus jeunes, grimpés sur les branches les plus hautes, scrutent le ciel. D’autres quéleas se placent sur les branches les plus basses pour prévenir d’une attaque terrestre. C’est seulement, lorsque les premiers auront étanché leur soif que les oiseaux échangeront leur place de façon à ce que chacun soit servi… Un oiseau de proie est repéré ? Immédiatement, tous les quéleas s’envolent dans un immense nuage virevoltant empêchant le prédateur de se fixer sur une proie précise et le plus souvent il repart bredouille.

 

     On peut donc constater, dans chacun de ces exemples, que le résultat obtenu par l’interaction entre les différents individus d’un même groupe est bien supérieur à ce qu’auraient obtenu les différents participants pris isolément (à supposer même que ces individus aient pu intervenir réellement sur le problème posé). Comment un tel dispositif est-il possible ?

 

 

 

une intelligence partagée pour quelle

organisation ?

 

 

     Jusqu’à il y a peu, la plupart des scientifiques s’étant intéressés à l’intelligence collective des animaux pensaient que la structure de l’organisation permettant la réalisation d’attitudes communes était de nature pyramidale. En d’autres termes, l’organisation des sociétés animales était vue comme celle des hommes : des décisions transitant par une hiérarchie au sommet de laquelle présidait le chef suprême donneur d’ordre, par exemple la Reine qui, dans la société des abeilles,  « ferait passer des ordres » à des ouvrières afin d’appliquer un programme prédéterminé.

 

     L’éthologie moderne a tendance à rejeter ce modèle : une des raisons avancées est que les individus concernés, des fourmis par exemple, n’ont tout simplement pas les aptitudes individuelles pour mettre en œuvre un tel programme : leurs capacités cognitives sont trop limitées. Pourtant, des actions mettant en jeu des milliers de participants existent bien, comme on l’a vu dans les exemples précédents. Comment cela est-il possible ? Eh bien, on pense qu’il s’agit d’interactions élémentaires induites entre individus qui n’ont accès qu’à des informations locales simples, peu nombreuses et forcément parcellaires.

   

     En d’autres termes, des sollicitations automatiques passent d’un individu à l’autre entraînant des réponses programmées, par exemple l’accrochage à la fourmi voisine en cas de danger par les eaux. L’individu pris isolément n’a aucune notion de ce que sera le résultat définitif : il ne sait pas du tout à quelle architecture il participe ni quel est l’objectif final de l’entreprise.

 

 

 

l’optimisation des procédures

 

 

     Comment une procédure peut-elle alors s’imposer comme règle de conduite de la communauté alors qu’il n’existe aucun « ordre venu d’en haut » et comment les individus qui vont être amenés à participer à une action commune bénéfique pour l’ensemble ont-ils « choisi » de le faire ? Pour le comprendre, reprenons l’exemple, très instructif, des fourmis  car il s’agit de sociétés animales où le nombre des participants est immense alors que l’indépendance de chacun d’entre eux est quasi-nulle.

 

     Imaginons une fourmilière et des centaines de fourmis partant d’elle pour aller explorer les environs à la recherche de nourriture. On sait qu’une fourmi laisse une trace odorante, appelée phéromone, sur l’espace qu’elle emprunte : c’est sa façon de communiquer avec ses congénères et de retrouver sa propre trace. Pour se rendre à un point B situé à distance de la fourmilière, il existe de nombreux chemins différents empruntés par des dizaines d’individus. Imaginons que l’une des fourmis « ait trouvé », de façon totalement aléatoire, le chemin le plus court pour aller du point A (fourmilière) jusqu'au point B (source d’approvisionnement) : en toute logique, elle retournera plus vite au nid avant de repartir par son chemin qu’elle empruntera plus souvent que les autres fourmis le leur. Son action se répète donc à de nombreuses reprises et le chemin le plus court finit par être marqué par davantage de phéromones que les autres, attirant de ce fait d’autres individus qui se mettent à l’emprunter, accentuant le phénomène. En pareil cas, la fourmi responsable d’avoir découvert le chemin le plus court ne le sait pas ; mieux encore, à aucun moment elle n’a cherché à communiquer l’information aux autres et pourtant celle-ci a fini par passer : il s’agit là d’un phénomène auto-organisé.

 

     Pour de nombreux problèmes se posant à une communauté d’animaux sociaux, l’acquisition de la solution la plus profitable à l’ensemble suit donc un tel schéma informatif. Mais, bien sûr, pour qu’une information demeure intacte au fil des générations, il faut davantage, comme on le verra plus loin.

 

 

 

critères d’intelligence collective

 

 

     On trouve des éléments d’intelligence collective chez d’assez nombreux animaux : les oiseaux, par exemple, sont capables de voler en groupe de façon à économiser les énergies de chacun (c’est le cas des oies sauvages dont la formation en V permet d’étendre la distance de vol, chaque individu profitant de l’aspiration de son prédécesseur) ou bien de réagir conjointement à la menace d’un prédateur. Ce type d’auto-organisation se rencontre également chez les petits poissons grégaires et permet au banc de répondre « comme un seul homme » aux différents stimuli extérieurs, notamment menaçants. C’est toutefois chez les insectes sociaux comme les fourmis, termites et autres abeilles que le modèle est porté à son paroxysme. Reprenons l’exemple des fourmis. Quels sont les critères d’organisation nécessaires à l’apparition d’une réponse collective adaptée ? On peut individualiser les suivants :

 

* l’information : les capacités cognitives de la fourmi en tant qu’individu sont, on l’a déjà souligné, limitées ce qui fait que chaque fourmi a finalement peu d’informations sur la fourmilière elle-même (il est d’ailleurs probable qu’elle ne sait rien de son organisation générale et de sa fonction globale). En revanche, grâce aux phéromones échangées, un individu est en contact avec ses voisins immédiats avec lesquels il peut échanger des informations locales ;

 

 * l’organisation par division des tâches : la Reine, bien sûr, est l’avenir de la colonie (il est d’ailleurs dommage d’avoir donné ce nom à cet individu primordial puisque, comme on l’a déjà dit, la décision d’action n’est pas pyramidale), les ouvrières, petites et accédant à l’ensemble de la fourmilière et les soldats, plus robustes et affectés à la surveillance et à la défense de l’ensemble. Ajoutons que chez d’autres animaux sociaux comme les abeilles, les rôles sont encore plus pointus, les ouvrières étant elle-même très spécialisées (voir le sujet : insectes sociaux et comportements altruistes). Quoi qu’il en soit, nos fourmis sont capables d’accomplir des tâches spécifiques comme collecter la nourriture, défendre la colonie, nourrir le reine et les larves, etc. Toutefois, on sait que, en cas de besoin, un individu peut changer complètement d’activité et on a souvent vu des fourmis ouvrières se battre et défendre l’entrée du nid contre des envahisseurs en cas de présence insuffisante des fourmis soldats. Cette faculté de changement traduit une certaine plasticité dans la division des tâches et pose une question : comment un individu dont on a dit que ses capacités étaient très limitées peut-il basculer ainsi dans un autre fonctionnement ?

 

* flexibilité et seuil de réponse : selon la « spécialisation » d’un individu, son seuil de réponse à une action sera plus ou moins important. Par exemple, il faudra peu de sollicitation pour qu’une fourmi ouvrière s’occupant plutôt de nourrir les larves le fasse effectivement puisque c’est sa fonction première. En revanche, son seuil de réponse est plus élevé pour, par exemple, défendre l’entrée de la colonie : ici, il lui faudra bien plus de stimuli pour qu’elle se « reconvertisse ». Or, nous avons vu que ce sont des informations locales qui font réagir une fourmi. Peu de sollicitations : elle accomplit sa tâche habituelle. Des sollicitations beaucoup plus importantes face à une menace (excès de phéromones, désorganisation locale, présence de « senteurs » étrangères, etc.) : elle se bat. Une sollicitation extrême, par exemple la fourmilière est inondée et certaines variétés de fourmis (décrites plus haut) s’accrochent les unes aux autres pour former un radeau flottant…

 

 

 

Pérennisation des comportements

 

 

     Ce que nous venons de décrire pour les fourmis concerne des attitudes collectives souvent compliquées résultant d’attitudes individuelles simples. On peut se demander comment de tels comportements ont pu se maintenir au fil du temps Il est évidemment exclu qu’un comportement collectif comme le radeau vivant des fourmis Solenopsis soit redécouvert par hasard à chaque fois qu’une colonie de ce genre est menacée par la montée des eaux. Il est également impossible que, chez des fourmis aux capacités individuellement si limitées, ce comportement ait été acquis par apprentissage (comme chez certains animaux intellectuellement plus évolués).

 

      Il s’agit donc forcément d’un instinct génétique et, en reprenant l’exemple du « radeau vivant » mais c’est vrai pour tous les autres acquis génétiques, on peut imaginer les choses de la façon suivante : les fourmis Solenopsis ont été confrontées depuis toujours aux inondations qui ont vu dans la plupart des cas disparaître des colonies entières. Et cela a duré pendant une période de temps immense, à savoir des centaines de milliers, voire des millions d’années. Puis, un jour, apparaît une mutation (chromosomique ou épigénétique) qui fait que, face à la menace de l’eau, un individu s’accroche à un autre pour se sauver. La mutation « accrochage à l’autre » n’est théoriquement intéressante qu’en cas de danger et elle apparaît chez une Reine, seule à même de donner des descendants. La mutation est transmise aux ouvrières qui, toutefois, ne sont nullement gênées par elle dans leur existence habituelle. Elle se maintient donc. En revanche, face au danger des eaux, la colonie porteuse de la mutation sera plus souvent sauvée que les autres et essaimera plus facilement d’où la diffusion progressive de cet élément favorable à la survie des colonies de ces fourmis.

 

 

 

L’intelligence collective

 

 

     Les animaux supérieurs qui chassent en bande (loups, lionnes, primates, etc.) montrent une sorte d’intelligence collective, ou du moins de groupe, puisque leur association leur permet d’obtenir des résultats qu’aucun d’entre eux n’aurait obtenu seul. Toutefois, il s’agit à mon sens de la limite d’une telle appellation : les animaux concernés ici possèdent des facultés cognitives bien supérieures aux insectes précédemment cités (et donc une bien plus grande liberté individuelle) et, d’autre part, le nombre des individus présents dans l’action est beaucoup plus faible. Ce type d’intelligence relève certainement plus de la coordination et de l’organisation que l’on retrouve dans un travail collaboratif, voire un travail d’équipe.

 

     À l’autre bout de l’échiquier se situe l’espèce humaine car l’intelligence collective la plus élaborée sur Terre est incontestablement celle des hommes : eux seuls ont réussi à s’affranchir de la communication locale entre individus (qui existe évidemment mais n’est plus primordiale) mais la comparaison s’arrête là. En effet, grâce à l’accumulation et à la transmission des connaissances acquises d’une génération à l’autre, l’aspect génétique évoqué pour les insectes sociaux est ici absent et toute comparaison est illusoire.

 

     L’intelligence collective proprement dite relève donc bien des sociétés animales sociales, sociétés d’autant plus performantes que l’aspect individuel est le moins présent possible. Elle traduit une faculté d’adaptation assurément très particulière et souvent très performante à moindre coût. Finalement assez mal connue, cette forme d’organisation mériterait que l’on s’y intéresse de près car elle a certainement beaucoup à nous apprendre.


 
 

 

Note brêve : rôle social des fourmis et épigénétique

 

Chez les fourmis, on naît ouvrière ou soldat et on le reste toute sa vie. Du moins, c'était le cas jusqu'ici. Car des biologistes de l'université de Pennsylvanie (Etats-Unis) ont réussi à inverser leurs rôles. Sans modifier leurs gènes mais en leur injectant des enzymes qui modulent l'expression des gènes par un simple changement de configuration de l'ADN. Un contrôle dit épigénétique qui pourrait jouer un rôle dans d'autres comportements sociaux chez la fourmi... et même chez l'homme.

(revue Science & Vie, avril 2016, n° 1183)


 

 

Sources :

 

1. Wikipedia France

2. Science et Avenir, n° 181, avril-mai 2015

3. CNRS (http://www.cnrs.fr/)

4. Encyclopaedia Britannica

5. http://www.animogen.com/

 

 

 

Images :

 

1. radeau de survie de fourmis Solenopsis (sources : journaldelascience.fr)

2. radeau de survie Solenopsis bis (sources : sweetrandomscience.blogspot.fr)

3. migration de gnous dans le Serengeti (sources : gentside.com)

4. Quélea (sources : calphotos.berkeley.edu)

5. fourmilière (sources : agoumatine.centerblog.net)

6. combat de fourmis ouvrières (sources : war2100.fr)

7. meute de loups (cources : loup.org)

(pour lire les légendes des illustrations, passer le curseur de la souris dessus)

 

 

Mots-clés : intelligence de groupe - hyménoptères - sélection naturelle - migration des gnous - organisation non pyramidale - information locale - phéromone - phénomène auto-organisé - plasticité comportementale

(les mots en blanc renvoient à des sites d'information complémentaires)

 

Sujets apparentés sur le blog

 

1. le rythme de l'évolution des espèces

2. insectes sociaux et comportements altruistes

3. intelligence animale (1)

4. intelligence animale (2)

 

 

 

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Dernière mise à jour : 18 avril 2016

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1 mai 2015 5 01 /05 /mai /2015 09:33
DE L'ÉVOLUTION : la  Terre boule de neige

 

 

 

   Lorsqu’on pense aux débuts de notre planète, on imagine facilement une sorte de boule de feu où s’entrechoquent volcans éruptifs et mers de lave en fusion, le tout constellé de continuelles chutes de météorites venant rajouter de la confusion et des flammes. Ensuite, des millions d’années s’étant écoulés, on pense à un radoucissement progressif : la Terre se refroidit lentement pour aboutir à un climat à peu près tempéré qui permettra l’apparition de la Vie. Tout au plus, avance-t-on que, de temps à autre, se sont certainement produites des « oscillations » climatiques ayant conduit ici à une glaciation, là à un réchauffement des températures avec, chaque fois, la nécessaire adaptation du vivant.

 

   Il est rare toutefois que l’on imagine un autre processus extrême, aussi violent que la fournaise des débuts mais en sens inverse, c’est-à-dire aboutissant à une planète entièrement recouverte d’une épaisse couche de plusieurs km de glace et où la Vie telle qu’on la connait n’a aucune chance de se développer. Pourtant, cette époque glaciaire absolue a bel et bien existé, il y a longtemps, certes, et c’est cette période que l’on a appelé « Terre, boule de neige » (et que l’on aurait d’ailleurs plutôt dû appeler « Terre, boule de glace »), une période qui faillit faire de notre planète un désert.

 

 

 

Une hypothèse plutôt récente

   Douglas Mawson (1882-1958) était un Australien qui s’était spécialisé dans l’exploration de l’Antarctique mais c’est dans le sud de son pays qu’il isola et identifia des étendues de sédiments glaciaires ce qui naturellement lui fit penser que, dans le passé, la Terre avait pu être recouverte d’une couche de glace généralisée. En réalité, la théorie de la tectonique des plaques (ou dérive des continents) n’avait pas encore été énoncée par Wegener et c’était pourtant là une explication bien plus simple : il n’en reste pas moins que ce fut la première fois qu’on envisagea une glaciation uniforme de notre planète…

 

   C’est bien plus tard, en 1964, qu’on reparla de cette approche de la Terre glacée lorsque le britannique W. B. Harland fit paraître un article dans lequel il expliquait avoir identifié au Groenland des moraines glaciaires (tillites) constituées alors que ce continent se trouvait à une latitude tropicale… Comment expliquer cette impossibilité apparente ?

 

   Le soviétique Mikhaïl Boudyko, à peu près au même moment, présenta une théorie de glaciation totale de la Terre en expliquant que, une fois une certaine latitude atteinte par les glaces, il s’ensuit un point de non-retour car l’effet réfléchissant de la neige et de la glace (l’albédo) entraîne un cercle vicieux, le refroidissement produisant toujours plus de froid. C’est même la raison pour laquelle Budiko abandonna sa théorie en concluant à peu près de cette façon : « Puisqu’il n’y a aucun moyen de sortir de cette glaciation générale et que nous sommes ici aujourd’hui pour en parler, c’est qu’elle n’a pas eu lieu  ! ».

 

  En 1992, l’américain Joseph Kirschvink, professeur de géobiologie en Californie (au CIT) prononça pour la première fois l’expression « Terre boule de neige » en avançant non seulement qu’un état glaciaire général est possible mais qu’il peut être secondairement aboli par la présence de gaz à effet de serre, par exemple d’origine volcanique. C’était la solution qui manquait à Boudyko.

 

   Quelques années plus tard, la théorie de la Terre boule de neige prit encore de l’ampleur par la publication de l’américain Paul Hoffman qui expliquait que des sédiments découverts par son équipe en Namibie ne pouvait s’expliquer aisément que par la théorie de Kirschvink  !

 

   Les scientifiques, toutefois, ne partagent pas tous cet avis et il en reste un certain nombre qui s’interrogent sur la réalité du phénomène…

 

 

 

Un peu de chronologie

 

  Résumons tout d’abord succinctement ces différentes glaciations pour mieux situer celle qui nous intéresse. Dans l’histoire de la Terre, il y a eu, selon les données actuelles, cinq grandes phases de glaciations :

 

1. la glaciation huronienne (vers -2,3 milliards d’années)

 

2. la glaciation néoprotérozoïque : celle qui nous intéresse car responsable de la Terre boule de neige (entre -1 milliard et -542 millions d’années) et ayant évolué en au moins trois temps successifs,

 

3. la glaciation de la fin de l’ordovicien (-444 millions d’années)

 

4. la glaciation du dévonien, à la fin de l’ère primaire (-360 millions d’années ) et

 

5. la glaciation cénozoïque dans laquelle nous sommes encore (bien que dans une période interglaciaire) et qui dure depuis une quinzaine de millions d’années .

 

   Revenons à la glaciation néoprotérozoïque qui nous intéresse aujourd’hui. Elle évolua en trois phases et l’une d’entre elles, la glaciation dite marinoenne, a été plus particulièrement étudiée car c’est très vraisemblablement à cette époque qu’eut lieu le phénomène de planète boule de neige. Selon Paul Hoffman déjà cité, cette phase glaciaire intense voire exceptionnelle explique la diversification des espèces qui a suivi (et que nous avons déjà évoquée dans d’autres sujets)…

 

 

 

La glaciation marinoenne

 

   Ayant duré de -650 à -635 millions d’années, cette glaciation doit son nom au fait que les preuves de sa réalité ont été primitivement trouvées dans la région de Marino qui est une ville de la banlieue sud d’Adélaïde, en Australie. Elle fut terrible au point que, de l’espace, la Terre devait apparaître comme totalement blanche. Seules quelques rares et modestes étendues d’eau devaient être libres à l’équateur où les températures devaient être voisines de celles de l’antarctique actuel. De plus, la vapeur d’eau atmosphérique se congelant, la couverture nuageuse devait être très faible avec des nuits particulièrement froides et des déperditions de chaleur maximales. Inutile de préciser que, à de telles températures et avec une telle surface glacée, la production biologique était voisine de zéro.

 

   La cause en est la tectonique des plaques et la fragmentation du supercontinent  de cette époque lointaine, le Rodinia. Il devait y avoir certainement des blocs en position polaire (sans cela, une glaciation ne peut se produire) mais il fallut aussi, et cela peut sembler paradoxal, qu’il y ait eu d’autres continents en position équatoriale pour que s’amorce l’effet boule de neige : en effet, ce sont les océans tropicaux qui réfléchissent le mieux la lumière du soleil (et diminuent de fait la température ambiante) tandis que les terres en regard sont beaucoup plus arrosées d’où une érosion accrue des rivières et, fait important, une mise en surface des silicates qui, en se combinant avec le CO², amènent à terme à sa diminution or c’est un gaz à effet de serre majeur.

 

   On comprend évidemment que de tels phénomènes se déroulent sur d’immenses durées de temps, les changements étant totalement imperceptibles à l’œil d’un éventuel observateur. Quoi qu’il en soit, on peut imaginer une progression des glaces depuis les pôles vers l’équateur. Or, comme l’avait parfaitement supposé le soviétique Budiko, il existe un point de non-retour, à savoir le franchissement du 35ème parallèle : au-delà l’albédo (l’effet réfléchissant de la lumière solaire) est si intense que le froid, en quelque sorte, s’auto-entretient et que la glace finit par couvrir l’intégralité du globe. À cette époque, notre planète était devenue une immense patinoire et cette glace toujours plus épaisse était un obstacle majeur au développement de la Vie. Toutes proportions gardées, la Terre devait ressembler à Ganymède, le satellite de Jupiter, qui, fort de sa masse de deux fois celle de la Lune, abrite un immense océan d’eau glacé sous une épaisse couche de glace : la Terre, heureusement, est quant à elle bien plus près du Soleil ce qui sous-entend que si un réchauffement survient, il peut être durable.

 

   A-t-on des preuves que cette situation cataclysmique a eu lieu ?  Eh bien oui : c’est la mise en évidence de « carbonates de recouvrement » qui permit à Hoffman d’asseoir son hypothèse. De quoi s’agit-il ? Les dépôts glaciaires découverts (notamment en Namibie) possèdent une signature magnétique prouvant que leur origine est plus proche de l’équateur que des pôles ; toutefois, ils sont ici « recouverts » par des carbonates qui sont des sédiments marins. Voilà donc des glaciers qui se sont formés au niveau de la mer mais comment peuvent-ils bien s’être créés et recouverts de carbonates près de l’équateur ? Une seule explication possible : à cette époque l’équateur était couvert de glace…

 

   Comment peut-on sortir de cette situation si celle-ci s’auto-entretient ? Pour combattre ce froid intense, il est nécessaire que l’albédo diminue avec la fonte des glaces et seul un effet de serre peut expliquer un tel phénomène. Oui, mais provoqué par quoi ? On se rappelle que ce sont les océans qui normalement stockent le CO² mais, dans le cas qui nous occupe, cela est impossible puisqu’il n’existe que de la glace. De ce fait, le CO² émis par les éruptions volcaniques va pouvoir s’accumuler dans l’atmosphère où va se créer peu à peu un effet de serre. Au fil de plusieurs millions d’années - et de la plus ou moins grande activité volcanique - le processus de refroidissement va s’inverser et la Terre progressivement sortir de sa gangue gelée.

 

 

 

Quelle signification pour la Vie ?

 

   Et la Vie dans tout ça, comment a-t-elle pu se maintenir ? Car, bien que l’époque soit très lointaine, la Vie existait déjà, et depuis longtemps. Il ne s’agissait toutefois que d’une vie très rudimentaire, essentiellement des micro-organismes telles les cyanobactéries (algues bleu-vert) capables de photosynthèse et donc de production d’oxygène. Bien sûr, la Vie restait possible pour les organismes anaérobies demandant peu d’oxygène et en l’absence de toute photosynthèse : on pense aux cheminées hydrothermales (ou fumeurs noirs) au fond des océans. Toutefois, il restait certainement aussi quelques rares régions océaniques libres de glace où de petites colonies d’organismes photosynthétiques ont pu fabriquer des traces d’oxygène assimilables par quelques colonies d’organismes aérobies. Ailleurs pouvaient exister des points chauds (comme en Islande actuelle) ou des poches d’eau liquide sous les calottes glaciaires comme le lac Vostok en Antarctique.

 

   Une chose est certaine : durant cette période de froid, la Vie ne semble pas avoir connu de changements majeurs. C’est seulement ensuite, lorsque le phénomène aura disparu, que se produira une incroyable diversification de la Vie conduisant à la flore d’Édiacara et à celle du Cambrien (voir le sujet : l’explosion cambrienne).

 

 

 

Les glaciations et la Vie

 

   Comme on vient de le faire remarquer, la fin d’une glaciation correspond souvent à l’apparition de nouvelles formes de vie, comme si la disparition progressive des glaces ouvrait un certain nombre de niches écologiques qu’il conviendrait de coloniser. Ainsi, à la fin de la glaciation marinoenne et la probable Terre boule de neige, on voit apparaître les éponges. Un peu plus tard (une façon de parler car on évoque un intervalle de 60 millions d’années), vers -575 millions d’années survient une autre poussée glaciaire moins intense dite de Gaskiers qui voit peu après l’extraordinaire foisonnement de vie de la flore d’Édiacara déjà évoquée.

 

   Faut-il y voir une relation de cause à effet ? Eh bien, non pour certains scientifiques qui estiment qu’il ne s’agit là que de coïncidences temporelles. D’autres pensent que les glaciations notamment la néoprotérozoïque par son épisode marinoéen, la dernière à avoir pu provoquer une Terre boule de neige, a peut-être permis une progression de la Vie. On peut, en effet, penser que lors de sa disparition les océans sont remontés, multipliant la surface des plateaux continentaux et, au fil des millions d’années, l’augmentation du taux d’oxygène si important pour l’apparition de la diversité.

 

   En somme, après avoir été l’obstacle principal au développement de la Vie (au point de l’avoir empêchée durant des millions d’années jusqu’à la faire presque succomber), la Terre boule de neige aura peut-être été, par sa disparition, un des meilleurs éléments de la dissémination du vivant, de sa radiation à travers le globe.

 

 

 

 

Sources

 

1. fr.wikipedia.org

2. www.astronoo.com/fr/articles/vie-sous-la-glace.html

3. Encyclopaedia Universalis

4. les dossiers de la Recherche, n°39, mai 2010

5. http://www.futura-sciences.com

 

 

Images

 

1. la Terre boule de neige (sources : www.quizz.biz)

2. Alfred Wegener (sources : fr.wikipedia.org/)

3. Joseph Kirschvinck (sources : web.gps.caltech.edu/)

4. le continent Rodinia qui prévalait à l'époque néoprotérozoïque, notamment marinoenne (sources : burkemuseum.org)

5. l'albédo (sources : oceanbites.org)

6. glaciers (sources : electrictreehouse.com)

7. algues bleues (sources : lemonde.fr)

8. fumeurs noirs (sources : www.vetofish.com/)

9. faune d'Édiacara (sources : astrobio.net)

(pour lire les légendes des illustrations, passer le curseur de la souris dessus)

 

 

Mots-clés : glaciation - W. B. Harland (en anglais) - Mikhaïl Boudyko - albedo - tectonique des plaques - gaz à effet de serre - cyanobactéries - photosynthèse - faune d'Ediacara - explosion cambrienne

(les mots en blanc renvoient à des sites d'information complémentaires)

 

 

Sujets connexes sur le Blog

 

1. les extinctions de masse

2. la dérive des continents ou tectonique des plaques

3. spéciations et évolution des espèces

4. la grande extinction du Permien

5. l'explosion cambrienne

 

 

 

 

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mise à jour : 23 août 2015

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19 mars 2015 4 19 /03 /mars /2015 19:38

Permien : le supercontinent Pangée

 

 

 

 

 

 

     Au cours des temps géologiques, il y eut pour la Vie sur Terre cinq grandes extinctions de masse, la plus importante d'entre elle s'étant produite il y a environ 250 millions d'années (MA), à une époque appelée par les scientifiques le Permien, époque qui marqua la fin du paléozoïque (c'est à dire l'ère primaire dans l'ancienne terminologie). Précédée par le Carbonifère et suivie du Trias, le Permien - qui doit son nom à la ville de Perm, en Russie , où fut découvert ce type de gisement fossilifère - s'étend sur un peu moins de cinquante millions d'années. Pour tous les paléontologues, cette période est particulièrement célèbre parce qu'elle s'acheva par la disparition de 95% des espèces vivantes marines et de trois-quarts des espèces terrestres.  Cette extinction massive est la troisième recensée par les scientifiques depuis l'apparition de la Vie (la première eut lieu à l'Ordovicien il y a 440 MA et la deuxième au Dévonien il y a 360 MA) mais elle fut la plus terrible. Pourquoi un tel phénomène si brutal ? Les extinctions postérieures suivirent-elles le même modèle apocalyptique et, si oui, peut-on y distinguer là une sorte de rythmicité ? Voilà quelques unes des questions que je me propose d'aborder dans ce sujet.

 

 

 

 

la vie au permien

 

 

     A cette époque lointaine, il n'existe qu'un seul supercontinent, la Pangée, dont la plus grande partie est située dans l'hémisphère sud et qui contient (presque) toutes les terres. Le continent unique renferme de nombreuses mers intérieures (mais avec des niveaux moyens assez bas) : d'une façon générale, le climat y est plutôt aride avec des températures plus élevées qu'au Carbonifère qui précédait et une quasi-disparition des glaces. Plus humide sur les bords de l'océan Panthalassa qui entoure les terres, le climat est plus sec dans le centre de la Pangée avec des températures pouvant passer de 0° la nuit à 40° le jour, un peu comme dans le désert du Sahara d'aujourd'hui. La pluviométrie générale y est plutôt faible et le climat relativement homogène ce qui devait permettre les migrations des animaux tout au long du supercontinent sauf dans la dernière partie du Permien (Permien supérieur) où le climat semi-désertique était devenu trop dominant dans le centre des terres.

 

     La vie dans la Pangée comprend, pour les plantes, des gymnospermes (dont les éléments reproducteurs sont protégés par des capsules), des fougères et on voit apparaître vers la fin de cette époque les premiers arbres, essentiellement des conifères.

 

     Mi-reptiles, mi-mammifères, dès le début du Permien, les thérapsidés (anciennement appelés reptiles mammaliens) furent les premiers animaux à adopter un mode de vie exclusivement terrestre : une de leurs branches, celle des cynodontes (dontun dimetrodon (famille des pelycosaures) certains représentants portaient déjà des poils), donnera à l'époque suivante (au Trias) les précurseurs des mammifères (placentaires et marsupiaux). C'est probablement à cette époque, vers la fin du Permien, qu'apparurent les premiers éléments de thermorégulation comme en atteste la présence chez certaines espèces (pelycosaures) de "voiles" essentiellement dorsaux permettant d'évacuer la chaleur du jour mais également de capter celle du Soleil pour l'activité matinale. À cette époque, également, on constate l'apparition des premières bipédies. Les amphibiens, les arthropodes (araignées, scorpions, insectes) et les ancêtres des grands reptiles du secondaire constituent l'essentiel du reste des espèces animales terrestres.

 

     La vie marine est également bien représentée avec, pour les mollusques, essentiellement des céphalopodes (comme les nautiles) et de nombreux foraminifères (protozoaires unicellulaires). On trouve également des arthropodes comme les crustacés (mais les derniers trilobites ont déjà commencé à disparaître), des brachiopodes (animaux filtreurs, coquillages bivalves ressemblant à des palourdes, lys de mer, oursins, etc.) et des coraux dits "rugueux" (très différents des coraux actuels). Pour les poissons, ce sont ceux dits "cartilagineux" (comme les raies ou les requins) qui dominent les mers jusqu'à la fin du Permien tandis que les poissons osseux sont encore minoritaires.

 

     L'équilibre entre les différentes espèces animales et végétales qui durait tant bien que mal depuis plusieurs dizaines de millions d'années va soudain être détruit aux environs de - 252 MA par ce qui restera dans l'histoire de notre planète comme la pire catastrophe pour la Vie sur Terre.

 

 

 

 

les causes du désastre

 

  

     Comme souvent, il n'existe pas une cause unique pour expliquer l'extinction massive mais la juxtaposition, voire l'intrication de plusieurs d'entre elles.

 

     Le Permien, on l'a déjà évoqué, est la réalisation d'un événement unique : la réunion de toutes les terres émergées du globe en un seul supercontinent, la Pangée. Cette juxtaposition de terres auparavant indépendantes a eu pour conséquence principale de faire considérablement diminuer les plateaux continentaux et, d'une manière générale, de fortement réduire la longueur des côtes qui, on le sait, sont un habitat particulièrement recherché par la Vie. Par ailleurs, cette diminution entraîna, à surface égale, la baisse concomitante des terres soumises à un climat océanique alors que, au contraire, les zones continentales se firent plus vastes avec leur climat semi-aride moins favorable.

 

     Vers -265 MA (soit 15 MA avant l'extinction), une fois le supercontinent réalisé, la tectonique des plaques diminua considérablement ce qui eut pour conséquence l'affaissement de la dorsale océanique et donc une diminution des hauts-fonds des plateaux continentaux entraînant évidemment celle de la surface habitable : pour les espèces vivantes, la compétition devint de plus en plus âpre.

 

     Durant les quelques millions d'années qui précédèrent la fin du Permien supérieur (vers ‑257/‑252 MA), se mit en place une élévation générale des températures. En effet, grâce à des études portant sur des milliers de fossiles d'animaux, les scientifiques sont arrivés à la conclusion que la température moyenne des terres équatoriales avoisinait les 50° (voire 60°) tandis que celle des masses océanes équatoriales atteignait, elles, souvent les 40° : on comprend dès lors la difficulté pour les animaux de survivre dans un environnement aussi hostile. Quelles furent les causes d'une telle élévation des températures ? Très certainement, la conjonction d'un volcanisme intense aboutissant à un effet de serre entretenu, comme on le verra, par d'autres mécanismes. C'est en effet, dans les dernières centaines de milliers d'années du Permien supérieur que survint un phénomène éruptif capital appelé  les trapps de Sibérie.

 

     En suédois, le mot "trapps" signifie marches et c'est bien de cela dont il s'agit lorsqu'on regarde certaines photos de cet épisode volcanique majeur, peut-être le plus violent survenu sur Terre au cours des 500 derniers millions d'années : environ trois millions de km3 de lave vont se répandre durant des milliers d'années sur la Sibérie. La lave produite par le phénomène correspondait à la hauteur du Mont Blanc sur une surface supérieure à deux fois celle de la France sur une durée d'environ 600 000 ans, peut-être plus : on imagine les conséquences sur le climat terrestre ! À titre de comparaison, rappelons le phénomène dit "de Laki", survenu en Islande entre juin 1783 et février 1784 : seulement 12 km3 de lave mais le rejet dans l'atmosphère de millions de tonnes de dioxyde de soude et de dioxyde de carbone qui décimèrent cultures et troupeaux dans toute l'Europe, provoquant un nombre de décès humains singulièrement élevé ; certains historiens prétendent même que ce fut un des éléments déclencheurs de la révolution française ! Alors 600 000 ans d'éruption volcanique... Outre les laves elles-mêmes, il y a leur action sur les sols qui, dans le cas des trapps, provoqua la libération d'une énorme quantité de gaz toxiques et donc l'accélération de l'effet de serre.

 

     Toutefois, selon les spécialistes, si les trapps de Sibérie furent les probables responsables de l'extinction, le phénomène ne porta que le coup de grâce à une faune et une flore déjà stressés auparavant. Dans la genèse de la catastrophe, on peut ainsi incriminer :

 

* la désoxygénation des eaux : dans les 20 millions d'années précédents, le niveau des mers avaient baissé de plus de 200 m, réduisant - on l'a déjà dit - les zones de vie en pente douce que sont les plateaux continentaux ; de plus, ces mers étaient particulièrement anoxiques, c'est à dire manquant d'oxygène à tous les niveaux (et pas seulement en profondeur comme aujourd'hui) : la conséquence en a été le développement d'une importante flore anaérobie produisant de l'hydrogène sulfuré dont l'action principale a été, non seulement de détruire la faune aérobie, mais surtout d'entraîner par diffusion en surface pluies acides et destruction de la couche d'ozone protectrice naturelle. En somme, un stress considérable pour des populations devant déjà se partager un territoire plus restreint et plus hostile.

 

* l'empoisonnement général : les volcans - et donc les trapps - eux-aussi sont de grands pourvoyeurs d'hydrogène sulfuré et, émis en grande quantité, ce gaz s'est combiné avec l'oxygène restant des océans aboutissant à désoxygénation et acidification des eaux : difficile pour les habitants de ces endroits de résister longtemps.

 

     Sur Terre, la situation n'était guère meilleure avec la conjonction des actions délétères de l'hydrogène sulfuré et du dioxyde de carbone. Les scientifiques spécialistes de la question avancent les chiffres suivants : au moment de l'extinction Permien-Trias, le taux d'oxygène au niveau de la mer était équivalent à celui d'aujourd'hui au dessus de 2000 m d'altitude. Dans la dizaine de millions d'années qui a suivi, la raréfaction de l'oxygène s'est poursuivie au point que l'air respirable avait fini par correspondre à celui que l'on trouve de nos jours au dessus de 5300m. On comprend dès lors que peu d'organismes vivants ont pu résister à un tel régime.

 

* l'élévation constante des températures : comme pour tout effet de serre, les températures, nous l'avons déjà vu, ont augmenté de façon sensible jusqu'à atteindre les 50° voire plus en moyenne journalière d'été tandis que les hivers devaient être redoutablement rigoureux.

 

     Les éventuels coupables ne manquent pas et, plus récemment, a été proposé l'action mortifère d'un puissant gaz à effet de serre, le méthane. En effet, certains chercheurs se demandent si les seuls gaz toxiques des trapps peuvent avoir conduit à une élévation si considérable des températures. Or, depuis 1971, on s'intéresse de près au pergélisol sibérien qui renferme d'immenses quantités de méthane (10 000 milliards de tonne d'équivalent carbone), gaz toxique redoutable puisque, à l'échelle d'un siècle, il est 24 fois plus puissant que le CO2. (C'est d'ailleurs une des grandes angoisses du moment de savoir que le réchauffement climatique actuel pourrait libérer le méthane piégé par les glaces de Sibérie ce qui accentuerait le réchauffement en un cercle vicieux infernal). Pour le désastre du Permien, l'augmentation des traces de libération de méthane (le carbone12) apparaissent un peu après la date fatidique : le méthane ne serait donc pas le tueur principal mais un exécutant secondaire...

 

     Signalons pour être complets que, comme pour la cinquième extinction de masse (celle d'il y a -65 MA qui vit disparaître les grands sauriens), on rechercha avec beaucoup d'attention les cicatrices d'un éventuel astéroïde pouvant s'être écrasé à cette période sur Terre mais sans que les différents cratères successivement proposés n'emportent la conviction des scientifiques.

 

     Diminution de la surface de vie, raréfaction de l'air remplacé par des gaz toxiques à effets de serre,  pluies acides, augmentation de l'action ionisante des rayons solaires par disparition de la couche d'ozone, élévation généralisée des températures, le tout se poursuivant sur des centaines de milliers d'années, tout ceci explique que la Vie a failli totalement disparaître de la surface de la Terre. Pourtant, contrairement à ce que pouvait laisser prévoir ce scénario cataclysmique, elle résista quand même.

 

 

 

 

La vie est plus résistante qu'on le croit

 

 

     L'affaire est entendue : la crise du Permien fut exceptionnelle puisque trois-quarts des espèces terrestres et plus des 9/10 des espèces marines disparurent. Comme toujours lors d'une extinction massive, il y eut des perdants (beaucoup) et des gagnants (moins nombreux) qui eurent l'avantage considérable de trouver un environnement soudain "libéré" ce qui permit leur développement rapide, voire, pour certaines espèces, une véritable radiation (c'est à dire une nouvelle et intense diversification géographique).

 

        Précisons tout d'abord que la flore fut relativement épargnée. Bien sûr, elle a fortement évolué à cette époque mais surtout en raison de l'élévation des températures qui privilégia les plantes peu exigeantes en climat sec comme les conifères et les cycadales (palmiers), les plantes herbacées et les fougères.

 

           Sur Terre, bien qu'il soit toujours difficile d'affirmer avec certitude pour ces temps anciens, il semble que les reptiles dominants, les synapsides (dont font partie les thérapsides cités en début de texte et les pelycosaures "à voile"), sont ensuite toujours présents mais au prix de renouvellements importants des différentes lignées. Ces reptiles dits anciennement "mammaliens" qui, souvent, ressemblent aux varans d'aujourd'hui (les pelycosaures étaient très agiles) se retrouveront au Trias qui suit et ils concurrenceront un temps les dinosaures. Chez les synapsides herbivores, les dicynodontes qui sont des reptiles dotés de dents fouisseuses ne réchappent que par une seule de leurs espèces (lystrausaurus). Les cynodontes, en revanche, s'en sortent très bien : certains d'entre eux existeront jusqu'au Jurassique inférieur (-180 MA), soit encore 70 millions d'années ! Ces reptiles subsisteront, certes, au mésozoïque (ère secondaire) mais sous la forme de petits animaux fouisseurs insectivores, probablement à sang chaud et parfois poilus, les précurseurs des mammifères. Ce qui fait leur singularité (qui, bien longtemps après sera transmise aux mammifères), c'est la faculté qu'ils ont, à l'inverse des autres reptiles, de pouvoir mâcher la nourriture tout en respirant : les autres reptiles, en effet, ne le peuvent pas et c'est la raison pour laquelle ils avalent la nourriture par gros morceaux ce qui ralentit la digestion... et les réponses à la prédation. Les cynodontes avaient des dents bien différenciées et des muscles masticateurs développés tout en gardant une apparence générale de reptile archaïque.

 

          En revanche, les prédateurs du Permien supérieur, les gorgonopsiens ne survivent pas. Eux aussi faisant partie des thérapsidés, leur nom fait allusion aux Gorgones de la mythologie grecque, ces femmes aux chevelures de serpents : ils étaient, en effet, les superprédateurs de cette époque, s'attaquant à toutes les proies rencontrées. Curieusement, bien que n'ayant rien à voir avec les mammifères, ces animaux leur ressemblaient avec un appareil dentaire voisin du nôtre (mais avec deux canines de plus de 10 cm de long), des pattes plus élancées que celles habituelles des reptiles, une apparence générale plus gracieuse. Nous ne savons pas, en revanche, s'ils possédaient un pelage. Faute de nourriture, les gorgonopsiens disparurent complètement lors de l'extinction.

 

          En milieu marin, l'hécatombe fut encore plus importante. On pourrait dire pour résumer très grossièrement que disparurent principalement ici les animaux fixés qui se nourrissaient d'aliments en suspension tandis que furent plutôt épargnés les animaux pouvant se déplacer.

 

        Certains groupes disparurent totalement : par exemple, chez les arthropodes, les fameux trilobites, les euryptides (ou scorpions de mer) et les grands foraminifères, essentiellement représentés par les fusulines qui vivaient posées sur les fonds océaniques, sont anéantis. Il semble, toutefois, que ces groupes aient commencé à décliner avant l'extinction qui serait en quelque sorte apparue comme le dernier coup porté. D'autres groupes souffrirent énormément mais sans disparaître totalement : c'est le cas de certains brachiopodes qui dominèrent les océans au paléozoïque ; ces animaux à coquilles bivalve sont aujourd'hui représentés par moins de 330 espèces, le groupe ayant perdu lors de l'extinction permienne 50 familles soit 90% des genres. D'autres subissent aussi de lourdes pertes : c'est le cas de divers échinodermes comme les étoiles et concombres de mer, les échinides (oursins : un seul genre survivant est à l'origine de tous les oursins modernes), les crinoïdes, etc. Signalons également la diminution importante des poissons cartilagineux (du type de la raie), dominants jusque là qui, sans disparaître complètement, laissent leur place aux poissons osseux.

 

         Quoi qu'il en soit, cinq pourcents des animaux marins de cette époque lointaine ont donc donné toutes les espèces actuelles.

 

           L'extinction de masse du Permien fut terrible et il faudra plus de 30 millions d'années à la Vie pour rebondir, ce qui n'est pas rien  !

 

 

 

 

Réalité des extinctions de masse

 

 

          Dans les années 1980, certains spécialistes scientifiques de la question avancèrent l'hypothèse qu'il existait peut-être une rythmicité des extinctions : ils crurent discerner certains pics de fréquence, notamment pour des extinctions mineures revenant régulièrement au cours des temps géologiques. On avança même que, peut-être, entraînée par la rotation du Soleil autour du centre de la Galaxie, notre planète traversait à dates fixes des portions de l'Univers "toxiques" pour la Vie.  À moins qu'il ne se soit agi de chutes régulières de météorites géants. Ces idées sont aujourd'hui abandonnées par la majorité des scientifiques qui pensent qu'il s'agit là essentiellement d'artéfacts statistiques.

 

          Il n'en reste pas moins que la Vie faillit disparaître à plusieurs reprises et singulièrement au Permien qui nous intéresse aujourd'hui. A-t-on identifié des causes communes à ces différents cataclysmes ? La seule extinction dont on soit à peu près certains qu'elle est la conséquence de la chute d'un météorite géant est la dernière (au Crétacé, il y a 65 MA avec la disparition des dinosaures). Pour les quatre précédentes, l'impact d'une météorite pourtant consciencieusement recherché n'a jamais été démontré. Restent les phénomènes volcaniques, souvent présents mais à des degrés divers, les modifications de la configuration des continents (et donc des modifications de vie) et de la profondeur des océans correspondants, l'intervention de gaz à effets de serre d'origine variable : en somme, bien des phénomènes souvent liés mais dont la coexistence à un moment donné semble plutôt dûe au hasard

 

          Pour la Vie, en tout cas, ces événements ne furent pas anodins puisque, comme nous l'avons dit, elle faillit être totalement anéantie, bien des espèces animales ne devant leur salut qu'à la survie de quelques individus. Des espèces dominantes furent soit détruites, soit presque réduites à néant : leur disparition permit alors la libération de niches écologiques et le développement de nouveaux arrivants qui, sans l'extinction, n'auraient jamais pu prospérer à leur tour (je pense à l'exemple parfait de la disparition des dinosaures au Crétacé sans laquelle les mammifères - et notamment l'espèce humaine - n'auraient jamais pu dominer le monde). On peut presque se demander s'il ne s'agit pas là, à l'échelle géante, d'un mécanisme de sélection naturelle. Les lois de l'Évolution en dimension planétaire en quelque sorte…

 

           Il reste évidemment que si extinctions de masse il y a eu, et ce à plusieurs reprises, il peut en arriver d'autres. Elles ne sont toutefois pas si fréquentes : cinq en l'espace de plus de 400 millions d'années… Cependant, un million d'années est déjà un chiffre que notre cerveau humain ne peut réellement saisir, lui qui est habitué à ne connaître qu'une civilisation vieille de tout au plus 5 000 à 6 000 ans. Et la dernière extinction eut lieu il y a… 65 millions d'années  !

 

        Toutefois il existe depuis peu - moins de 200 ans - un élément nouveau sur Terre : la modification radicale des conditions de vie avec l'apparition d'un réchauffement climatique par gaz à effet de serre et la réduction des territoires nécessaires à l'épanouissement des espèces animales présentes : étrange coïncidence puisque c'est en grande partie l'explication de l'extinction permienne  ! Seulement, cette-fois ci, pas de hasard : l'Homme et lui seul est responsable du bouleversement à venir. Ira-t-on jusqu'à dire qu'il s'agit de la sixième extinction de masse ou faut-il prétendre qu'il s'agit seulement d'un épiphénomène prévu par la théorie de l'Évolution à savoir la prise de pouvoir d'un superprédateur ? Je laisse à chacun des lecteurs le soin de conclure selon sa propre sensibilité.

 

 

 

 

 

 

Sources :

 

1. Wikipedia France ; Wikipedia USA

2. les dossiers de la Recherche, 39, mai 2010

3. Encyclopaedia Universalis

4. Encyclopaedia Britannica

5. www.futura-sciences.com

 

 

 

Images :

 

1. la Pangée (sources : futura-sciences.com)

2. dimétrodon (sources : dinosoria.com)

3. nautile (sources : biodiversite.nc)

4. carte des continents au Permien (sources : blogs.mediapart.fr)

5. trapps de Sibérie (sources : www.earth-of-fire.com)

6. océans terrestres (sources : 123ocean.com)

7. pergélisol sibérien (sources : futura-sciences.com)

8. dicynodonte (sources : dinosoria.com)

9. gorgonopsien (sources : paleodico.wifeo.com)

10. trilobite (sources : en.wikipedia.org)

(pour lire les légendes des illustrations, passer le curseur de la souris dessus)

 

 

Mots-clés : extinctions de masse - Pangée - reptiles mammaliens - tectonique des plaques - volcanisme - effet de serre - trapps de Sibérie - hydrogène sulfuré - dioxyde de carbone - pergélisol sibérien - trilobites - fusulines - sixième extinction de masse

(les mots en blanc renvoient à des sites d'information complémentaires)

 

 

 

 

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1. les extinctions de masse

2. la dérive des continents ou tectonique des plaques

3. spéciations et évolution des espèces

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