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20 juillet 2016 3 20 /07 /juillet /2016 18:47

 

 

 

 

 

   Jean-Jacques Rousseau, le philosophe bien connu, en était certain : après y avoir mûrement réfléchi, il avait conclu à la bonté naturelle de l’Homme, du moins lorsqu’il est isolé ou au sein d’un petit groupe. Ce n’est qu’après qu’une société s’est bâtie que, selon Rousseau, l’Homme devient agressif et méchant ; en somme, c’est sa propre organisation sociale qui fait de lui ce qu’il est : un être attiré tant par la violence physique que par celle des pulsions psychologiques.

 

   Rousseau, à son époque, ne disposait pas des données actuelles de la science : l’éthologie n’existait même pas et, de toute façon, l’étude du comportement animal ne l’aurait pas intéressé puisque, pour la plupart des esprits de ce temps-là, l’Homme n’était pas un animal mais bien plutôt un être élu destiné à dominer l’univers dans lequel il vit. Il s’agit à l’évidence d’une illusion (qui perdure encore chez certains) sur laquelle il convient de revenir si l’on veut enfin essayer de comprendre le monde du vivant et déterminer s’il existe bien une agressivité naturelle, génétique, native en somme, chez Homo sapiens, une agressivité pouvant parfois conduire à une violence aveugle.

 

 

Le mythe du bon sauvage

 

   Si l’Homme est naturellement bon comme le pense Rousseau, c’est la société dans laquelle il vit qui le rend violent et qui le pervertit. Quand le philosophe avance que l’Homme est bon de façon naturelle, il veut dire que, à l’état de nature, cet Homme idéal n’a pas beaucoup de désirs : il se contente du peu dont il a besoin sans chercher à augmenter ses richesses propres, son patrimoine. C’est seulement son interaction avec des individus comme lui qui le rend agressif, envieux, jaloux, etc. Pour éviter cela, Rousseau propose l’instauration d’un contrat social : cette partie de sa réflexion ne nous concerne pas ici mais, en revanche, il est intéressant de revenir sur cette notion quelque peu chimérique du « mythe du bon sauvage ».

 

 

Le massacre de Nataruk

 

   Au Kenya, dans une petite plaine jouxtant le lac Turkana, un site renfermant 27 cadavres, tous morts de mort violente, a été mis au jour en 2012. Fait tout à fait remarquable : ce massacre remonte à plus de 10 000 ans, c’est-à-dire avant la sédentarisation d’Homo sapiens, à un moment où, selon Jean-Jacques Rousseau, l’Homme était encore un « bon sauvage ».

 

    Nataruk, en langage local, veut dire « l’endroit des vautours » et on comprend assez facilement pourquoi. Les scientifiques se sont beaucoup intéressés à ce charnier naturel, avec ces corps qui n’ont jamais été enterrés mais laissés à l’abandon. La violence de l’affrontement ne fait pas de doute : ici, un homme présente de multiples blessures à la face ; là, un autre a été tué par deux projectiles dont un encore planté dans son crâne. Un peu plus loin, on identifie une jeune femme enceinte et prête à accoucher, ligotée avec les mains entre les jambes. Une autre femme semble avoir eu les deux genoux brisés. Il s’agit bel et bien d’un assassinat collectif.

 

   Normalement, les corps auraient dû être dévorés par les charognards et les ossements dispersés mais il n’en est rien : à cette époque lointaine, le lieu était une plage marécageuse donnant sur un lagon dont la présence a permis l’enfouissement rapide des corps d’où leur exceptionnelle conservation.

 

   Quelle est l’origine du conflit chez ces chasseurs-cueilleurs non encore sédentarisés ? On ne le saura probablement jamais mais une étude approfondie des ossements a permis de mettre en évidence dans un des squelettes un fragment d’arme et plus précisément un reste d’obsidienne or cette pierre est inexistante dans cette partie de l’Afrique : il est donc probable que les assaillants n’étaient pas de la région et qu’ils venaient de loin.

 

   C’est en tout cas la première fois qu’une bataille d’envergure a été mise en évidence chez ce type d’individus : on avait, bien sûr, eu les exemples de quelques crimes isolés concernant au plus deux ou trois individus mais jamais autant. Or, les scientifiques avaient tendance à penser que c’est avec une organisation sociale plus élaborée, génératrice de richesses et donc d’envie ou de jalousie, que les conflits à plus grande échelle ont débuté (une approche finalement très rousseauiste). Raté !

 

   Quelques précédents ont certes existé. Par exemple, il y a 12 000 ans, sur la rive droite du Nil (Djebel Sahaba), a eu lieu la première grande bataille identifiée (59 squelettes d’hommes, de femmes et d’enfants, certains décapités ou démembrés). Oui mais il s’agissait de populations du paléolithique déjà sédentarisées et on pouvait donc légitimement avancer la notion d’appropriation par la force de terres particulièrement fertiles et, si près du Nil, riches en ressources diverses. Le massacre de Nataruk n’entre pas dans cette ligne de pensée : il esquisse certainement une nouvelle histoire de la violence… Peut-être la violence pour la violence ou, en tout cas, pour un motif qui n’est pas seulement matériel.

 

 

La violence, bras armé de l’agression

 

   Dans la plupart des définitions qu’on en donne, la violence est « l'utilisation intentionnelle de la force physique, de menaces à l’encontre des autres ou de soi-même, contre un groupe ou une communauté, qui entraîne ou risque fortement d'entraîner un traumatisme, des dommages psychologiques, des problèmes de développement ou un décès » (OMS).

 

   L’agression, quant à elle, désigne plutôt un comportement d’attaque qui s’exprime par la violence et au sein de laquelle il y a toujours une composante de colère. Dans la littérature, les définitions ne sont pas aussi tranchées et il existe une certaine confusion entre les deux termes. Toutefois, d’un point de vue éthologique, dans la Nature, il existe certainement une différence : lorsqu’un prédateur attaque une proie, il s’agit effectivement d’une attaque avec violence mais qu’on ne doit pas confondre avec une agression au sens qu’on vient de lui donner plus haut car il s’agit ici d’une simple recherche de nourriture effectuée sans colère et, en pareil cas, la chasse est légitime. D’autre part, il est essentiel de se rappeler que cette « agression qui n’en est pas vraiment une » est la base de la Vie sur notre planète et qu’elle est probablement un des piliers de l’Évolution : c’est une part de la sélection naturelle.

 

 

L’agression

 

   Dans le règne animal, l’agression proprement dite est une violence exercée par un sujet sur un autre non pour se nourrir mais pour écarter celui qui semble être un gêneur. On oppose alors deux situations : l’agression entre des sujets d’espèces différentes et l’agression au sein d’une même groupe d’individus.

 

* l’agression interspécifique : c’est celle qui oppose deux individus appartenant à des espèces différentes. En réalité, elle est plutôt rare pour au moins deux bonnes raisons: d’abord, les animaux vivent dans des niches spécifiques où l’on trouve la proie et son (ou ses) prédateur(s) et si deux individus de rôle identique devaient se rencontrer (deux prédateurs de deux proies différentes par exemple), ce serait plutôt la rançon d’un mauvais hasard. En outre, et c’est la seconde raison, très importante elle aussi, un prédateur est conditionné par l’Évolution pour chasser une proie bien précise dont il connaît les critères d’identification : il est donc peu intéressé par des créatures sortant de son schéma d’agression. La plupart du temps, deux prédateurs « voisins » cherchent réellement à éviter le conflit, parfois au moyen de signes d’intimidation qui sont parfaitement interprétés.

 

* l’agression intraspécifique : c’est - et de loin - la plus fréquente. Effectivement, la plupart des espèces peuplant notre planète, du moins celles d’une certaine taille, ont adopté une transmission sexuée de leur patrimoine génétique et cela a une importance capitale car, afin d’améliorer sans cesse l’espèce à laquelle elle appartient (et lui permettre une meilleure adaptation aux changements de milieu), une femelle choisira toujours le mâle qui lui paraît porter les meilleurs chromosomes. De ce fait, on comprend facilement qu’il y a compétition entre les différents postulants et donc de nombreux combats qui sont autant d’agressions répétées et destinées à sélectionner celui qui semble le mieux armé dans une niche écologique donnée.

 

   Ajoutons également que la Nature est économe et qu’elle ne cherche pas à éliminer automatiquement les perdants de ces compétitions à risque. Il existe en effet une ritualisation des comportements qui permet à celui qui est dominé de faire dévier le comportement agressif de son rival (on pense aux combats de chiens où le vainqueur détourne son regard dès que le vaincu lui a présenté sa gorge sans défense en guise de soumission. Celui-là peut dès lors s’enfuir pour tenter sa chance ailleurs). La sélection naturelle ayant permis d’atteindre le but recherché (la transmission des chromosomes « les mieux adaptés ») épargne ainsi un maximum de vies.

 

   C’est dans le même esprit qu’il faut aborder les rituels de séduction, parfois si étranges et si compliqués pour certaines espèces : il s’agit également d’une compétition entre rivaux pour séduire, sans violence physique excessive la plupart du temps, une partenaire potentielle. C'est une forme d’agression détournée qui contient une part de plus en plus grande de souffrance psychologique au fur et à mesure qu’on s’approche des comportements des grands primates… et donc de l’Homme.

 

 

l’Homme est un primate

 

   L’Homme fait partie d’une variété de grands singes, ceux du genre homo, dont il n’est plus que le dernier représentant puisque son ultime cousin, l’homme de Neandertal, a disparu peu de temps après l’arrivée de ce même Sapiens en Europe, sans que l’on puisse d’ailleurs affirmer avec certitude qu’il existe une relation directe entre ces deux événements.

 

   Comme nombre de ses prédécesseurs, Sapiens est un animal social, d’instinct plutôt grégaire et c’est d’ailleurs une des raisons de son succès tout au long du paléolithique : l’hypothèse d’un hominidé, Sapiens, dont chaque individu aurait vécu en autarcie avec sa petite famille, est à écarter. Au contraire, les populations de chasseurs-cueilleurs devaient la plupart du temps se composer de petits groupes regroupant quelques dizaines d’individus mettant en commun leurs ressources avec, comme chez d’autres mammifères, un mâle dominant, le chef, imposant une certaine discipline. On s’éloigne toujours un peu plus du « bon sauvage ».

 

   Avec l’émergence de civilisations de plus en plus techniques, les groupes humains se sont complexifiés : de plus en plus d’individus associés, chacun accomplissant des tâches précises, mais des groupes toujours organisés de manière hiérarchique, les échelons intermédiaires s’étant multipliés entre la « tête pensante » située tout en haut de la pyramide et l’individu de base.

 

   Les éthologues savent depuis longtemps que les espèces animales prédatrices les plus redoutables (carnivores) sont dotés de mécanismes d’inhibition limitant les violences intraspécifiques ; en effet, si les grands prédateurs qui peuvent tuer d’un coup leur adversaire (lions, loups, etc.,) n’étaient pas dotés de ces mécanismes qui sont autant de « verrous de sécurité », il y a longtemps qu’ils auraient disparu. En revanche, la donne est différente pour les espèces plus faibles : celles-ci (pigeons, lapins, petits singes, etc.) ne peuvent pas tuer leurs congénères en une seule fois ce qui permet à l’autre de s’éloigner plus facilement et ce d’autant qu’il s’agit d’espèces très mobiles puisque habituées à fuir à cause de leur statut de proies potentielles. Puisque, en raison de leurs nuisances intraspécifiques modestes, elles ne semblent pas en avoir besoin, l’Évolution n’a pas retenu (ou peu retenu) chez elles de sélection de mécanismes d’inhibition.

 

   Il est donc particulièrement intéressant de repenser la position d’Homo sapiens dans ce contexte. L’Homme n’est pas un carnivore mais un omnivore, volontiers charognard à ses débuts. Il lui est difficile de tuer un autre concurrent humain d’un seul coup de dent : s’il combat (et si l’autre évidemment n’est pas un vieillard ou un malade), il lui faudra une lutte âpre et difficile pour parvenir à ses fins ; comme pour les espèces dites « plus faibles « que nous venons d’évoquer, l’espèce humaine fait partie de celles dont les individus ne possèdent à titre personnel que peu de mécanismes d’inhibition

 

 

La civilisation, une garantie contre la violence ?

 

   L’Homme, heureusement, s’est organisé en sociétés civilisées depuis que la transmission écrite des connaissances a permis une accélération considérable des avancées techniques. Avancées qui, au demeurant, éloignent encore plus nos organisations modernes des sociétés primitives et, certains le prétendent à force de l’espérer, de la violence qui ne serait plus que le témoin archaïque d’un passé suranné. Mais est-ce vraiment la réalité ? Rien n’est moins sûr.

 

   Car Sapiens a su développer ses techniques dans toutes les directions : si l’on peut à juste titre s’enorgueillir de réalisations remarquables comme l’informatique ou la chirurgie cardiaque, il faut également admettre que des progrès considérables ont été accomplis dans le domaine de l’armement : des armes de plus en plus précises qui tuent de mieux en mieux et de plus en plus loin. Nous venons d’évoquer les mécanismes d’inhibition relativement modestes de l’Homme : par exemple, à la chasse (qui est parfaitement légitime lorsqu’elle sert à se nourrir mais l’est un peu moins autrement), il est facile de viser un animal et d’appuyer sur une gâchette. Plus facile que de surprendre un lapin et de l’égorger avec ses propres dents : peu d’individus seraient capables d’un tel geste aujourd’hui car ce contact direct, sanglant, est probablement inhibiteur. Mais quel peut-être le mécanisme qui inhiberait le soldat appuyant sur un bouton pour détruire au moyen d’un drone la silhouette qu’il aperçoit sur son écran de contrôle ? Il n’y en a pas. Au plutôt, le seul contrôle provient de la société plus ou moins civilisée dans laquelle il vit : que cette société, pour une raison ou une autre, disparaisse ou semble illégitime et la porte est ouverte à tous les possibilités.

 

 

La violence fait partie de la Vie

 

   La violence est présente chez Sapiens comme, à un degré ou à un autre, chez toutes les espèces vivantes et elle est certainement utile : c’est elle qui permet la sélection naturelle. On peut même avancer que sans violence, et donc sans compétition, la Vie ne pourrait progresser et, du coup, probablement pas se maintenir. On peut le regretter en tant que partisan inconditionnel de la paix universelle mais c’est ainsi…

 

   Toutefois, parmi toutes les espèces se partageant notre planète, Homo sapiens est certainement bien à part : il possède un cerveau très développé qui lui a permis de faire valoir son ascendant sur une grande partie de son environnement. Néanmoins il y a plus. La violence et l’agressivité qu’il possède en lui, quelque part dans son paléocortex, en font un être vivant probablement plus dangereux que les autres : il est difficile de nier qu’il possède une sérieuse capacité de nuisance, on peut, chaque jour, s’en rendre compte par les médias. Cette violence fait partie de lui depuis la nuit des temps, violence domestique (individuelle et urbaine) et violence extérieure dirigée contre d’autres groupes humains. La coexistence de cette violence avec des capacités de destruction de plus en plus élaborées n’est donc pas sans poser le problème de l'avenir de cette planète.

 

   La violence existe dans toute société civilisée et seule la qualité des outils de destruction évolue avec le temps. En fait, tout se passe comme si la violence - intérieure et extérieure - des sociétés modernes faisait office de soupape de sécurité nécessaire, indispensable même peut-être, pour éviter de plus grands débordement. Un constat glaçant.

 

 

 

 

Sources :

 

* encyclopaedia britannica (www.britannica.com)

* Revue Science et Vie, 1186, juillet 2016 (www.science-et-vie.com)

* Konrad Lorenz : « l’agression, une histoire naturelle du mal » (Flammarion, 1969)

* hominides.com

 

 

 

Images

 

1. scène de la guerre de 14-18 (sources : histoire-image.org)

2. Jean-Jacques Rousseau (sources : wikipedia.org)

3. crâne aux nombreuses lésions d'un des suppliciés de Nataruk (sources : reuters.com)

4. squelette aux mains liées de Nataruk (sources : valuewalk.com)

5. la chasse du guépard (sources : denis-huot.com)

6. parade nuptiale chez les flamands roses (sources : nature-ailes.com)

7. homo erectus (sources : Becoming human, ep.2, youtube.com)

8. une scène de la guerre du Vietnam (sources : site-vietnam.fr)

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

 

 

Mots-clés : en construction

 

 

Sujets apparentés sur le blog

 

1. l'agression

2. vie animale et colonisation humaine

3. reproduction sexuée et sélection naturelle

4. l'inné et l'acquis chez l'Homme

 

 

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Published by cepheides
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1 juin 2016 3 01 /06 /juin /2016 19:54

 

 

 

     Il ne se passe pas un jour sans que les médias ne se fassent l’écho de la découverte d’une nouvelle planète extrasolaire si bien qu’on les compte à présent par milliers. Planètes géantes et gazeuses brûlantes d’être trop proches de leurs étoiles, planètes telluriques - c’est-à-dire rocheuses comme la Terre - parfois situées dans ce qu’on appelle la « zone d’habitabilité » de leur système stellaire, planètes tournant autour d’un système binaire à deux étoiles, voire même trois, planètes satellites d’obscures naines rouges ou, au contraire, de brillantes géantes bleues, bien d’autres encore, les scénarios sont multiples et, chaque fois, on se demande ce que pourraient être les cieux, notamment nocturnes, de ces endroits lointains… À défaut de les visiter un jour - ce qui semble bien improbable - on peut chercher à comprendre, voire imaginer ces étranges écosystèmes…

 

 

la Terre

 

     Mais évoquons d’abord la planète qui nous sert de référence. Pour la Terre, la nuit et le jour, on l’a compris depuis longtemps, sont la résultante de sa rotation qui présente alternativement la moitié de son globe au Soleil. De ce fait, le jour, lorsqu’il n’y a pas de nuages, l’observateur terrestre peut contempler un ciel d’une profonde couleur bleue produite par l’action de l’atmosphère sur la lumière solaire (sur les planètes sans atmosphère, la couleur du ciel est uniformément noire et les étoiles ne scintillent jamais). Le mouvement de rotation de notre planète entraîne également la production des vents, la répartition de la chaleur et de l’énergie sur la surface du globe, les courants marins, etc. Une Terre qui ne tournerait pas sur elle-même, serait une Terre morte…

 

     Depuis qu’elle est apparue il y a plusieurs centaines de millions d’années, la Vie, sous quelque forme qu’elle soit, a su s’adapter à ces variations cycliques au point que celles-ci ont été génétiquement intégrées par la plupart des espèces animales et végétales. Il existe, par exemple, une variété américaine de crabes qui change de couleur selon l’heure de la journée et le mouvement des marées qui les recouvre d’eau ou, au contraire, les abandonne sur le sable aux éventuels prédateurs : eh bien, on a pu constater que, expatriés à des centaines de km du bord de mer, dans des aquariums en plein désert, ces crabes continuent à changer de couleur en fonction des marées. Plus encore, ces variations de pigmentation suivent les variations saisonnières de l’océan.

 

     L’adaptation des animaux à l’alternance nuit-jour nous donne aussi une information insolite : le jour terrestre n’a pas toujours été de 24 heures et la Terre ralentit. Imperceptiblement, mais elle ralentit. Il y a 500 millions d’années, le jour ne durait sur Terre que 21 heures (c’est l’étude des cercles de croissance des coraux fossiles qui nous l’apprend) et comme la révolution de notre planète autour du Soleil n’a, elle, pas changé, en ce temps-là l’année durait 417 jours… La Terre ralentit mais elle n’aura toutefois pas le temps de s’arrêter complètement car, dans environ 4,5 milliards d’années, le Soleil, en fin de vie et devenu une géante rouge, la détruira définitivement.

 

     Le Soleil se couche à l’ouest en projetant ses derniers feux et, quelques minutes plus tard, c’est la nuit noire. Noire, vraiment ? L’obscurité n’est en réalité jamais totale comme, d’ailleurs, à peu près partout dans l’Univers. Bien entendu, il y a notre satellite  qui reflète et renvoie la lumière du Soleil mais, même en son absence, il existe de nombreuses sources naturelles de lumière. On pense tout d’abord aux étoiles dont seulement quelques milliers sont accessibles à l’œil humain (à ce propos, comment se fait-il que nos nuits ne soient pas totalement envahies par les rayons des milliards de milliards d’étoiles qui peuplent l’Univers : l’explication de cette énigme dite « paradoxe d’Olbers » est donnée en fin d’article). Ensuite, il existe ce que l’on appelle la lumière zodiacale, une bande de lumière à la limite du perceptible pour nos yeux, même loin des lumières parasites, et qui correspond aux restes de l’ancien disque protosolaire vu par la tranche : ces minuscules fragments survivants renvoient la lumière solaire sur la face obscure de notre planète.  Évidemment, il s’agit d’une luminosité sourde, peu intense dans laquelle les instruments (et les conditions favorables) permettent même d’apercevoir l’image reflétée de notre étoile  ! Enfin, troisième source de lumière, la luminescence de l’air, elle aussi à la limite du perceptible ; cette luminosité provient de plusieurs mécanismes : la chimiluminescence (recomposition de certaines molécules cassées pendant la journée par le Soleil), l’excitation atmosphérique par les rayons cosmiques et, enfin, la recombinaison d’atomes ionisés par ce même Soleil le jour, un peu à la façon des aurores boréales.

 

     Cette nuit terrestre que l’Homme connaît depuis toujours et dont il aurait tendance à en faire le modèle universel n’est, bien sûr, qu’un cas particulier. Chaque planète, en fonction de sa taille, de sa composition et de sa place dans le cosmos possède une nuit bien à elle et, parfois, franchement étrange.

 

 

le système solaire

 

     Dans notre système, seule Mars pourrait à la rigueur nous rappeler nos nuits d’autant que l’alternance avec le jour y est voisine de la nôtre. Dotée d’une atmosphère ténue à base d’oxyde de carbone, un coucher de soleil sur Mars se fait dans les teintes rouge orangé mais avec, entouré de bleu et pointant sur l’horizon de l’ouest, un globe solaire d’une taille réduite de moitié par rapport à la Terre ce qui est bien normal compte-tenu de l’éloignement. Le robot de la NASA Curiosity qui arpente courageusement cet environnement hostile nous a fait cadeau de superbes clichés en la matière. La nuit, très froide, expose un ciel clouté d’or, fantastique point d’observation pour les scientifiques. Ce n’est pas par hasard que la planète suscite la majorité des projets d’exploration spatiale à venir…

 

     En revanche, il n’en va pas de même pour Vénus, la sœur jumelle de la Terre, pourtant de taille et de masse comparables. D’abord, cette planète est la seule du système solaire animée d’une rotation rétrograde, ce qui veut dire que là-bas le Soleil se couche à l’est. Pourquoi ? La meilleure hypothèse est celle d’un choc frontal il y a très longtemps avec un astre de la taille de la Lune, voire de Mars, qui l’aurait fait pivoter sur elle-même et tourner à l’envers de toutes les autres planètes (un sens de rotation hérité du nuage protosolaire). Mais , de toute façon, de la surface de Vénus, on ne voit jamais le Soleil… ni, bien entendu, les étoiles. En effet, l’atmosphère de cet astre est très épaisse (90 km) et essentiellement composée de dioxyde de carbone et de dioxyde de soufre. De ce fait, les rayons du Soleil, transformés en infrarouges par le sol, sont piégés par l’atmosphère et contribuent à élever la température globale. Et cette température est brûlante sur Vénus puisqu’elle atteint les 460°. Du coup, le sol est très chaud et rayonne comme un métal chauffé au rouge : un observateur y verrait en permanence une lumière rouge sombre, à peine éclaircie le jour par un Soleil invisible, et sous une atmosphère 92 fois plus dense que celle de notre planète. Un endroit guère sympathique.

 

     D’autres planètes telluriques du système solaire présentent des nuits extraordinaires : les satellites des géantes gazeuses. On imagine assez difficilement quel peut-être le ciel de Ganymède, un des nombreux satellites de Jupiter : on entrevoit un ciel étrange avec un soleil lointain mais l’énorme masse de la géante omniprésente, renvoyant une luminosité plus ou moins forte. Ganymède est le seul satellite du système solaire qui possède un champ magnétique : le télescope spatial Hubble a enregistré de gigantesques aurores boréales sur la planète ce qui, au demeurant, traduit l’existence d’une grande quantité d’eau salée, certainement souterraine (les scientifiques parlent d’un océan de 100 km de profondeur, enfoui sous 150 km de glace et de roches).

 

     Titan, lui, tourne autour de Saturne, la géante aux anneaux. C’est un satellite, certes, mais presque aussi grand que la Terre (son rayon fait les 4/5 de celui de notre planète). Il possède une atmosphère épaisse riche en azote, rappelant celle de la Terre primitive. Titan présente toujours la même face à Saturne et il tourne autour d’elle en 16 jours ce qui veut dire qu’il est éclairé par le Soleil durant huit jours. Mais c’est un Soleil pâle car lointain et le jour de Titan doit être blafard. Par contre, la nuit y est certainement plus claire que sur Terre en raison des anneaux de sa planète-mère qui réfléchissent les rayons du Soleil en une sorte de lune bien plus puissante. Ces anneaux ne sont pas alignés avec le plan solaire et peuvent donc en certains cas continuer à recevoir de la lumière dans l’ombre de la planète géante. L’atmosphère étant épaisse, parfois on doit certainement discerner à travers elle comme des bandes lumineuses puis, mais rarement, par un trou dans les nuages, l’apparition quasi féérique d’un morceau d’anneau en une sorte d’autoroute de lumière.

 

     Le Soleil est une naine jaune de type spectral G2, de couleur blanche tirant légèrement sur le vert (G2 veut dire qu’il est un peu plus chaud que la moyenne des naines jaunes). Il existe de nombreux autres types d’étoiles, de (presque) toutes les couleurs et de toutes tailles : on imagine aisément les vues exotiques que l’on peut avoir à partir de leurs éventuelles planètes…

 

 

planètes extrasolaires et nuits extra-terrestres

 

     Éventuelles planètes ? Il est vrai que jusqu’à l’extrême fin du XXème siècle, si pour la majorité des spécialistes, il devait exister des planètes tournant autour d’étoiles autres que notre Soleil, la preuve n’en avait pas été apportée et on pouvait encore se poser la question. Aujourd’hui ce n’est plus le cas. Des milliers d’exoplanètes (3414 au 13 mai 2016) ont été découvertes par différentes méthodes (voir le sujet dédié) et, des exoplanètes il y en a beaucoup : les étoiles « solitaires » sont probablement assez rares et, la plupart du temps, ce sont des cortèges de planètes qui gravitent autour de leur astre central. Il y a donc certainement plus de planètes que d’étoiles et le nombre de ces dernières est déjà estimé entre 150 et 200 milliards rien que pour la Voie lactée… et il existe des milliards de galaxies comme elle  !

 

     Parmi les planètes identifiées à ce jour, certaines ne sont que des points dont la véritable nature nous est totalement inconnue alors que pour d’autres, plus proches ou mieux observables, nous en savons un peu plus. Essayons d’imaginer certaines d’entre elles.

 

. Isis (HD 189733b) : elle est située à 63 années-lumière de la Terre, dans la direction de la constellation du Petit Renard. C’est une géante gazeuse, un peu plus grosse que Jupiter, gravitant autour d’une étoile naine orange composant d’un système binaire puisque possédant une compagne, une naine rouge encore moins chaude qu’elle. Isis est ce que les spécialistes appellent un « Jupiter chaud », c’est-à-dire une planète de la taille de Jupiter mais située si près de son étoile que la face qu’elle lui présente de façon permanente est brûlée par elle (elle tourne autour de son étoile en un peu plus de… 2 jours). Il y fait chaud, très chaud (plus de 1300°) mais Isis possède une particularité : c’est une planète bleue, le télescope spatial Hubble nous l’a confirmé. Bleu azur pour être précis. Toutefois, rien à voir avec la Terre qui doit sa couleur bleu pâle à ses océans. Isis est bleue en raison de la présence de particules de silicate en suspension dans son atmosphère. Signalons à propos de celle-ci qu’elle s’évapore progressivement à cause de sa proximité avec l’étoile : à terme, Isis sera réduite à son seul noyau rocheux tout comme une planète tellurique de type terrestre et pour la différencier on la classera en planète « chthonienne » (dans la mythologie grecque, les divinité chthoniennes étaient des divinités infernales, souterraines, comme Hadès).

     On imagine donc une nuit perpétuelle seulement éclairée par les étoiles lorsque la planète se trouve du côté opposé aux deux astres de la binaire mais une nuit à la teinte vaguement rouge lorsqu’elle passe entre les deux puisque la naine rouge apparaîtra seule dans le ciel sous la forme d’un globe rougeâtre un peu plus large que la Lune. Sur la partie qui fait face à l’étoile principale, et bien que la naine orange appartienne à la classe des étoiles peu chaudes, Isis est un enfer inondé de chaleur et de lumière avec un immense globe orangé omniprésent. L’atmosphère d’Isis est brumeuse avec des pluies de verre probablement fort violentes d’autant que les vents y avoisinent les 7000 km/h  ! La Vie, en tout cas une vie comme la nôtre, y semble très peu probable…

 

. OGLE-2005-BLG-390L b : il s’agit de la première planète tellurique découverte en 2005. Elle a été surnommée « Hoth » en référence à la planète de la saga Star Wars dans «  l’Empire contre-attaque » : comme elle, il s’agit d’une super-Terre de glaces, peut-être même une planète-océan gelée, ici probablement en orbite autour d’une naine rouge. Grosse comme 5 fois la Terre (ce n’est donc pas une gazeuse), elle est distante d’environ 22 000 années-lumière, dans la direction de la constellation du Scorpion. Elle tourne autour de son étoile en à peu près 10 ans mais à une distance d’elle qui, dans notre propre système, la placerait entre Mars et Jupiter… donc dans la zone d’habitabilité… dans le système solaire. Mais son étoile est une naine rouge qui n’envoie que le millième de chaleur et de lumière qu’enverrait le Soleil ; sa température en surface est donc de  - 220°. La planète est vieille (10 milliards d’années) et elle ne diffuse plus aucune chaleur. On peut donc imaginer une surface gelée qui n’est qu’une immense banquise où la nuit est perpétuelle puisque l’étoile rouge l’éclaire à peine. En revanche, plus proche du centre galactique, il est possible que ses cieux soient parsemés de myriades d’étoiles…

 

. HD 188753Ab : cette exoplanète a été baptisée «Tatooine » ici aussi par référence à celle imaginée dans la saga « Star Wars » car, comme dans le film, elle se situe dans un système à trois étoiles, dans la constellation du Cygne, à environ 150 années-lumière de nous. En effet, son étoile principale est une naine jaune comme le Soleil mais, fait étrange, un couple d’étoiles orangées tournent aussi autour de l’étoile centrale : il doit être particulièrement déstabilisant de voir se lever 3 soleils dont 2 plus sombres que le premier. On imagine les jeux de lumière et, suivant les mouvements et les éclipses des uns et des autres, les différentes nuances de nuits bien spéciales…

 

. PSR 1257+12b,c et d : l’étoile nommée Lich, située à 980 années-lumière de la Terre, dans la constellation de la Vierge, est entourée de trois planètes (peut-être quatre) découvertes en 2005 mais c’est une étoile morte ! En effet, Lich est une étoile à neutrons (donc les restes d’une étoile géante) qui, de plus, tourne sur elle-même à la vitesse de 9650 tours par minute : il s’agit de ce que l’on appelle un pulsar. C’est d’ailleurs cette caractéristique qui a permis de mettre en évidence les planètes extrasolaires car la moindre perturbation autour d’un pulsar est facilement décelable. Les cieux de ces planètes doivent être étranges et peut-être même effrayants puisque leur soleil ne mesure que 10 km de diamètre et que ses émissions se font dans le domaine des ondes radio : sur les planètes, on ne peut donc pas le voir et on doit avoir l’impression d’être perdu au sein d’un Univers désolé.

 

. HD 69830 b, c et d : ce système stellaire, situé à 41 années-lumière du Soleil, dans la constellation de la Poupe, comprend une étoile naine orange, presque en fin de vie car âgée de 8 à 9 milliards d’années, entourée de trois planètes de la taille de notre planète Neptune ce qui, d’ailleurs, est la raison pour laquelle on a appelé ce trio le « trident de Neptune ». Bien que presque de la taille du Soleil, l’étoile orange est beaucoup plus vieille que lui et ne diffuse que un peu moins de la moitié de sa lumière. Des deux premières planètes, on suppose que, bien que telluriques, elles sont trop proches de leur étoile pour avoir de l’eau sous forme liquide à leur surface mais la troisième planète se trouve, elle, dans la zone d’habitabilité… Toutefois, sa masse est de 10 fois celle de la Terre et, s’il est plutôt probable qu’il s’agisse effectivement d’une planète rocheuse, elle est entourée d’une épaisse atmosphère… qui n’est probablement pas de l’oxygène… Encore des nuits bien noires en perspective  ! Il reste à préciser que, comme dans le système solaire, il existe dans ce système stellaire un anneau d’astéroïdes et de poussières qui entoure l’étoile mais un anneau bien plus épais (50 fois plus important). De ce fait, on peut se demander si des météorites ne viennent pas assez souvent s’écraser sur la planète, illuminant alors brièvement son ciel…

 

. Kepler-452-b : découverte dans la direction de la constellation du Cygne en juillet 2015 par le télescope spatial Kepler (d’où son appellation) et située à 1400 années-lumière de notre étoile, cette planète pourrait être une super-Terre… En effet, la naine jaune centrale, similaire au Soleil avec un rayon de 10% supérieur, diffuse environ 20% de lumière en plus. L’étoile Kepler-452 est plus vieille que le Soleil puisque son âge est d’environ 6 milliards d’années. La planète qui nous intéresse ici est tellurique (les scientifiques en sont certains à 80%) et tourne autour de son étoile en 385 jours. Sa masse est cinq fois supérieure à celle de la Terre - donc susceptible d’abriter des phénomènes volcaniques, sources de chaleur locale - mais surtout, elle se situe dans la zone d’habitabilité du système stellaire. Cela, toutefois, ne suffit pas pour abriter la Vie car il faut également géologie et atmosphère favorables mais c’est un début. On peut néanmoins lui imaginer une atmosphère voisine de la nôtre (c’est ce qu’a fait la NASA lors de la présentation de sa découverte) et donc des nuits semblables aux nuits terriennes. La journée, en revanche, le climat doit être plutôt chaud… au point que certains scientifiques ont évoqué « l’évaporation de ses océans »… s’ils existent : un sort qui pourrait devenir celui de la Terre dans un ou deux milliards d’années…

 

 

Découvrir et observer de mieux en mieux des planètes extrasolaires…

 

     … c’est le futur proche de cette branche de l’astronomie. Avec l’amélioration constante de nos moyens d’observation - et l’apparition de nouveaux - il est certain que nous en saurons plus sur ces planètes lointaines, sur leur atmosphère, la présence ou non d’eau liquide, leur configuration géologique, etc. Par contre, il reste un problème pour le moment complètement insoluble : celui de savoir comment se rendre sur ces mondes lointains.

 

    En effet, lorsqu’on dit que l’Univers est immense et essentiellement composé de vide, le cerveau humain a du mal à en visualiser les conséquences et pourtant  ! La plus proche étoile de notre Soleil est Proxima du Centaure, située à « seulement » 4,22 années-lumière de nous. Elle fait partie d’un système à trois étoiles appelé alpha du Centaure comprenant, d’une part, une binaire associant une naine jaune un peu plus grosse et plus lumineuse que le Soleil et une naine orangée tournant l’une autour de l’autre en 80 ans environ et, d’autre part, Proxima, l’étoile la plus proche comme l’indique son nom, une naine rouge invisible à l’œil nu de la Terre et qui est indirectement associée au couple.

 

      La vitesse la plus rapide que pourrait atteindre un mobile de fabrication humaine est estimée par les spécialistes au tiers de la vitesse de la lumière et cela ne concerne que des objets de très petite taille : atteindre Proxima demanderait donc environ 12 à 13 ans avec une même durée pour un éventuel retour… pour un voyage probablement sans objet, Proxima étant peu propice à l’existence de planètes extrasolaires de type terrien. Quant à la récente découverte de la NASA, Kepler-452-b, il faudrait à des explorateurs venant de notre système solaire un peu plus de… 4 000 ans pour s’y rendre. On comprend donc que ces terres lointaines que nous venons d’évoquer sont pour l’instant hors de notre portée. Ce qui ne doit pas empêcher les scientifiques de perfectionner leurs instruments pour affiner leurs observations et faire progresser nos connaissances.

 

 

 

Nota : le paradoxe d’Olbers

 

      En 1823, l'astronome allemand Olbers posa une "colle" à ses contemporains : "Puisque, avança-t-il, le nombre des étoiles dans le ciel est infini, la nuit, leur lumière devrait nous parvenir de partout et il ne devrait pas y avoir d'espace noir mais uniquement de la luminosité dorée!"

     Formulée sous le nom de paradoxe d'Olbers ou de la nuit noire, cette étonnante remarque resta sans réponse jusqu'au XXème siècle... Bon, on sait aujourd'hui que le nombre des étoiles n'est pas vraiment infini mais quand même : rien que dans notre galaxie, la Voie lactée, il y a entre 200 et 400 milliards d'étoiles. Et que des galaxies dans l'Univers visible, il y en a des milliards, chacune renfermant autant de soleils que notre Voie lactée. Ça fait donc beaucoup de lumière ! Alors ?

     C'est grâce à la théorie de la relativité générale d'Einstein (1915) que l'on aura la réponse. Elle explique que l'Univers a un commencement (Big bang) et qu'il se dilate (expansion) : du coup, comme la vitesse de la lumière est finie (300 000 km/sec), celle des étoiles les plus lointaines n'a pas encore eu le temps de nous parvenir. Comme la puissance de leur lumière, de toute façon, décroit avec leur éloignement, nos nuits resteront donc plutôt noires.

     Il existe bien aussi un rayonnement de fond qui correspond au début de l'Univers (le rayonnement fossile ou fond diffus cosmologique) mais comme il s'éloigne de nous à grande vitesse (toujours l'expansion de l'Univers), il est victime de l'effet Doppler qui le rend invisible à nos yeux ! Heureusement, sinon, nos nuits seraient bien trop claires...

 

(le blog de Céphéides sur Face Book, 25 mars 2014) 

 

 

 

 

Sources :

 

1. Wikipedia France

2. Science et Vie.com

3. Encyclopaediae Britannica

4. voielactee.galaxie.free.fr

 

 

 

Images :

 

1. vue d'artiste d'une planète extrasolaire (sources : sciencesetavenir.fr)

2. la Terre jour et nuit (sources : fr.tubgit.com)

3. coucher de Soleil sur Mars (crédits : NASA)

4. vue d'artiste de la planète Titan (crédits : ledeblocnot.blogspot.com)    

5. vue d'artiste de la planète OGLE-2005 (sources : voielactee.galaxie.free.fr)  

6. vue d'artiste de la planète Kepler 452b (sources : 20minutes.fr)

7. vue d'artiste d'une planète aux trois soleils Gliese 667c (sources : citzenpost.fr)

 

 

 

Mots-clés : en construction

 

 

Sujets apparentés sur le blog

 

1. mort d'une étoile

2. étoiles doubles et systèmes multiples

3. planètes extrasolaires

4. la formation des planètes

5. la mort du système solaire

6. les anneaux de Saturne

7. Vénus, l'étoile du Berger

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

 

 

 

 

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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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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 est 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)

 

 

 

Mots-clés : Andromède M31 - groupe local - Edwin Hubble - bras d'Orion - télescope spatial Spitzer amas globulaires - galaxies satellites naines - matière noire - Fred Zwicky - Véra Rubin - ondes gravitationnelles - nuages de Magellan - supernovas - nébuleuse du Crabe

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

 

 

Sujets apparentés sur le blog

 

1. place du soleil dans la Galaxie

2. les galaxies

3. matière noire et énergie sombre

4. novas et supernovas

5. Sagittarius A, le trou noir central de la Galaxie

 

 

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mise à jour : 19 juin 2016

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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)

 

 

Mots-clés : lokiarchaeota - homme de Piltdown - australopithèques - dessein intelligent - Stephen J. Gould

 

 

Sujets apparentés sur le blog

 

1. la notion d'espèce

2. science et créationnisme

3. la machination de Piltdown

4. le dernier ancêtre commun

5. les humains du paléolithique

6. l'apparition de la conscience

 

 

 

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Mise à jour : 17 juin 2016

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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)

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

 

 

 

Mots-clés : Hubble Deep Field (en anglais) - Hubble Frontier Fields - loupe gravitationnelle - télescope Chandra - télescope Spitzer - matière noire

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

 

 

Sujets apparentés sur le blog

 

1. le télescope spatial Hubble

2. les premières galaxies

3. juste après le Big bang

4. les étoiles primordiales

5. l'expansion de l'Univers

6. les galaxies

 

 

 

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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)

 

 

Sujets apparentés sur le blog

 

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

5. les humains du paléolithique

6. l'apparition de la conscience

 

 

 

 

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mise à jour : 25 avril 2016

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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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1. Big bang et origine de l'Univers

2. le fonds diffus cosmologique

3. les premières galaxies

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6. mort d'une étoile

7. pulsars et quasars

8. matière noire et énergie sombre

 

 

 

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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 résonance orbitale. Oui mais c’est quoi, la résonance 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 : sonde New Horizons - unité astronomique (UA) - Pluton et Charon - disque protosolaire - résonance orbitale - falaise de Kuiper - nuage d'Oort - Jan Oort - planète Némésis - Urbain Le Verrier

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

 

 

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1. origine du système solaire

2. les sondes spatiales Voyager

3. la formation des planètes  

4. planètes extrasolaires

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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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