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22 février 2008 5 22 /02 /février /2008 16:08
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la conférence de Solvay (1927)
Une des plus légendaires photos de l'histoire de la physique montrant les participants à la cinquième conférence de Solvay, en octobre 1927, à Bruxelles. Vingt-neuf physiciens, parmi les principaux théoriciens des quanta de l'époque, s'y réunirent pour discuter du sujet : " électrons et photons ". Dix-sept de ces vingt-neuf participants devinrent des prix Nobel.
(au fond, de g. à dr. : A.Piccard, E. Henriot, P. Ehrenfest, É. Herzen, T. de Donder, E. Schrödinger, J-E Verschaffelt, W. Pauli, W. Heisenberg, R H Fowler, L. Brillouin
au milieu : P. Debye, M. Knudsen, W L Bragg, H. Kramers, P. Dirac, A. Compton, L. de Broglie, M. Born, N. Bohr
au premier rang : I. Langmuir, M. Planck, M. Curie, H. Lorentz, A. Einstein, P. Langevin, C. E. Guye, C. T. R Wilson, O W Richardson)
 
La naissance de la mécanique quantique sous nos yeux.
(sources : amp2005.blog.lemonde.fr/category/webtech/)

 

 

 

 

 
     Je me souviens d'un temps ancien où, en classe de cinquième, devant un professeur de mathématiques qui m'encourageait du regard et face à des camarades plus ou moins attentifs, on m'avait confié la lourde tâche de lire – et de commenter – mon livre de chevet de l'époque, «l'astronomie à bâtons rompus» (de l'auteur allemand O.W. Gail, éditions Fernand Nathan, 1954). C'était un petit recueil que j'avais lu et relu jusqu'à en faire pâlir l'encre d'imprimerie et corner les pages. Les explications y étaient simples, certainement même simplistes, mais accessibles à nos cerveaux d'alors. On y décrivait entre autre l'atome comme un espèce de petit système solaire, le noyau représentant le Soleil et les électrons les planètes gravitant autour de lui. J'ai longtemps conservé cette image, fausse évidemment, et il m'aura fallu bien des efforts pour comprendre que, non, la réalité n'était certainement pas celle-là. Il me paraît utile aujourd'hui, à la suite de mon article sur la théorie de la Relativité générale (voir sujet théorie de la relativité générale), de revenir sur ces notions de base qui ne s'expliquent finalement assez bien qu'à l'aide de la mécanique quantique.

 
 

 

 
pourquoi la mécanique quantique ?

 

 

     Il faut d'emblée souligner que le terme de « mécanique quantique » est particulièrement mal choisi : le mot « mécanique » traduit en effet les mouvements dont sont animés des corps dans l'espace or la mécanique quantique ne décrit nullement ce type de mouvements mais s'intéresse essentiellement à la description du système dont ces corps relèvent. La deuxième partie du terme est également impropre puisque qu'elle ne fait allusion qu'à des phénomènes corpusculaires (les quanta) alors que la dimension ondulatoire est également présente ici (c'est d'ailleurs pour cela que cette discipline a été un temps appelée « mécanique ondulatoire », terme tout aussi mal adapté). « Ce qui se conçoit bien s'énonce clairement et les mots pour le dire arrivent aisément », affirmait Boileau dans son « art poétique ». J'imagine que ce n'est pas par hasard que la confusion des mots règne d'emblée dans la théorie : la mécanique quantique (il faut bien continuer à l'appeler ainsi) est difficile à appréhender car ses concepts échappent facilement à la logique courante...

  
     Précisons tout d'abord les circonstances qui ont conduit à l'édification de la théorie. Nous sommes alors au début du XXème siècle et la science est triomphante et notamment, depuis Newton, la physique. Pourtant il existe des coins d'ombre et cela concerne la lumière :

 
          * selon la théorie de Maxwell, la lumière a une
énergie infinie dans le spectre ultra-violet. Comment se fait-il alors que nous ne soyons pas immédiatement grillés par la proximité d'une flamme ou du Soleil ?

 
          *
l'émission de la lumière par un gaz (par exemple un tube au néon) montre que, à des fréquences bien précises, il existe des raies, un phénomène qui n'a jamais pu être expliqué.

 
          * sur la surface d'un objet métallique,
la lumière, on le sait, éjecte des électrons quelle que soit son intensité ce qui ne cadre pas avec la physique traditionnelle.

 
     Ces trois phénomènes inexpliqués vont conduire les scientifiques de l'époque à reconsidérer ce que l'on croyait acquis. La première anomalie (l'énergie infinie de la fréquence ultraviolette) aboutira à la remise en cause de ce principe par
Max Planck en 1900 : pour lui, la lumière ne peut être que discontinue et émise par paquets, les quanta. Quelques années plus tard, l'électromagnétisme de la lumière sur le métal amène également Einstein à penser que cette dernière est composée de particules. Enfin, en 1913, partant du phénomène des raies (lumière d'un gaz), Niels Bohr publie un nouveau modèle de structure atomique. C'est à partir de ces remises en cause que surgira, une dizaine d'années, plus tard la mécanique quantique.

 
     La théorie quantique s'appuie sur des calculs mathématiques bien précis (je serais, bien sûr, incapable de les résumer ici) et elle conduit à considérer de manière tout à fait nouvelle (et différente) la structure du monde microscopique, celui de l'atome. Elle décrit de manière parfaite la dynamique d'une particule massive ce qui permet d'induire un grand nombre d'applications pratiques (nous y reviendrons). Il existe toutefois un point d'achoppement majeur :
la théorie n'est pas relativiste, c'est à dire qu'elle ne prend pas en compte les données de la Relativité restreinte que nous avons précédemment évoquée. Il existe en conséquence un problème certain d'unification avec la physique du monde visible ce qui fait désordre...
 

 

 
que nous apprend la mécanique quantique ?

 

 
     Elle nous a permis de mieux saisir la configuration de l'atome. Un peu plus haut, j'expliquais que la vision d'un atome avec ses électrons tournant autour de lui comme un système solaire en miniature était fausse : comment peut-on alors se la représenter ? Eh bien sous la forme d'une sorte d'un petit nuage déformable particulièrement léger. Les électrons se trouvent généralement dans l'atome (« le nuage électronique ») et batifolent autour du noyau qui ressemble à une petite bille. Les électrons peuvent s'interpénétrer mais jamais se superposer : c'est ce que l'on appelle le principe d'exclusion. Imaginons à présent que ce petit nuage se coupe en deux : chacune des parties va dans un sens et s'éloigne de l'autre mais c'est pourtant toujours la même particule. En effet, si l'on agit sur l'une des parties, l'autre réagit immédiatement. Cette particularité est appelée la non-localité. Habituellement, les électrons restent confinés autour du noyau atomique, en adoptant des formes plus ou moins variables. Toutefois, dans le cas où ils s'en éloignent suffisamment, on s'aperçoit alors qu'ils se comportent comme des ondes en générant des interférences...

 

     Revenons sur le cas plus particulier de la lumière. Celle-ci est composée de particules, les photons, qui se comportent exactement de la même manière : les  groupes de photons peuvent produire des interférences, comme des ondes, tout en étant des particules... Ces étonnantes propriétés permettent de comprendre pourquoi une même particule peut être à deux endroits à la fois, sans que l'on sache où, ou bien nulle part ! Difficile à comprendre ? Prenons un exemple : un jeune garçon joue au ballon contre un mur. Il a deux possibilités : soit il frappe normalement et son ballon rebondit sur le mur pour revenir vers lui, soit il tape trop fort et la balle s'élève au dessus du mur et s'échappe. Dans le monde quantique, le « ballon », c'est à dire l'atome, est en fait un petit nuage déformable. De ce fait, s'il « rebondit » sur un obstacle – le haut du mur – une partie de lui peut sauter l'obstacle tandis que l'autre partie va rester du côté du jeune garçon. Mais il ne s'agit pas d'une scission en deux nouveaux objets distincts : c'est toujours la même particule et si on « touche » la partie au delà de l'obstacle, celle restée en arrière réagit instantanément.

 

     On peut donc résumer ces notions de la manière suivante : à l'échelon atomique, les particules qui composent la matière sont déformables et sont donc capables de réagir comme des ondes tout en restant unifiées ce qui explique pourquoi une action sur une partie entraîne une réaction instantanée sur l'autre partie. Les électrons ne sont donc pas de petits points « tournant » autour du noyau de l'atome et l'émission de la lumière n'est pas la conséquence de leur changement d'orbites comme on l'a longtemps cru : le phénomène est dû à un changement de forme de l'électron lui-même. Bien. Et ensuite ? Imaginons à présent que l'on veuille observer un électron. On va évidemment se servir d'un instrument mais, aussi miniaturisé qu'il puisse être, l'instrument en question sera composé de milliards de particules qui vont interagir avec l'électron observé. C'est la raison pour laquelle les physiciens quantiques expliquent que le simple fait « d'observer » perturbe le résultat (c'est ce que l'on appelle du mot savant de « décohérence »)... De ce fait, il est impossible de savoir exactement quelle est la forme adoptée par l'électron et on ne pourra que la deviner... et donc deviner où il sera exactement, d'autant que, comme on l'a déjà dit, il peut être « scindé » en deux (ou plusieurs parties) qui interagissent entre elles : il est ici... et là-bas et on parle alors d'état superposé (voir note en fin de sujet sur le chat de Schrödinger). Les moyens (et les calculs) pour savoir où se trouve tel ou tel électron seront donc forcément probabilistes.

 
     Comme on l'aura compris, cette physique très particulière a longtemps défié notre propre logique : comment peut-on admettre qu'un objet, si petit soit-il comme un électron, puisse être à deux endroits à la fois ? Bien des réticences ont été formulées et pas seulement par des gens peu informés. Pourtant, en partant des équations, on est arrivé à des résultats pratiques qui n'auraient pas pu être obtenus autrement. On peut dire que la mécanique quantique a bouleversé notre connaissance de la matière et qu'elle a permis de mettre au point des applications que nous utilisons quotidiennement.

 

 

utilité de la mécanique quantique

 

 

      Le monde dans lequel nous vivons ne serait pas du tout le même si de puissants esprits n'avaient pas théorisé la mécanique quantique. De nombreuses applications ont vu le jour grâce à elle et, à n'en pas douter, d'autres suivront. Citons-en quelques unes :

 

* la prédiction du comportement de la matière à l'échelon atomique a autorisé le contrôle de l'électron ce qui a conduit à la réalisation des transistors et, d'une manière générale, à la miniaturisation de bien des composants de nos appareils électroniques, comme le PC qui vous permet de lire ce blog...

 

le contrôle de la lumière a été réalisé de la même manière : c'est ainsi que les ingénieurs ont pu concevoir le faisceau laser de nos lecteurs de DVD ;

 

citons aussi la supraconduction qui, entre autre, a permis la réalisation de l'imagerie médicale par résonnance magnétique nucléaire ou IRM

 

* et l'énergie nucléaire dont les centrales fournissent une électricité qui permet de limiter l'émission de CO2 et donc l'effet de serre ;

 

*  la compréhension de la structure des cristaux et de leurs vibrations ;

 

la conduction thermique et la conductivité électrique des métaux ;

 

l'explication de l'effet tunnel (voir glossaire), inexplicable par la physique classique, etc.

 

     De nombreuses applications pratiques sont encore à venir parmi lesquelles je ne citerai que l'ordinateur quantique (encore au stade des balbutiements) dont la puissance devrait pulvériser les possibilités de nos ordinateurs actuels. Comme on le voit, la théorie quantique est bien loin de n'être qu'une simple théorie : tout aussi extravagants que ses principes soient apparus au début, ceux-ci n'ont jamais pu être démentis jusqu'à aujourd'hui. Au contraire, ils se sont révélés d'une précision redoutable qui a conduit à bien des découvertes.

 
     Est-ce à dire que tout est parfait ? Non car il reste cet énorme problème
que je rappelais dans le préambule. La théorie de la Relativité générale qui décrit l'univers du visible et la mécanique quantique qui raconte les phénomènes liés à l'atome sont strictement incompatibles. Or, on le sait bien, si les deux théories sont si parfaitement justes qu'elles ne peuvent être prises en défaut, comment se fait-il qu'elles ne puissent pas cohabiter ? C'est tout l'enjeu de la physique fondamentale des années à venir. Des milliers de scientifiques travaillent d'arrache-pied sur une unification dont on ne sait encore rien mais qui prendra le nom très explicite de « théorie du tout ».

 

 
   

Note : le chat de Schrödinger

 
      Il s'agit, bien entendu, d'une expérience toute théorique. Erwin Schrödinger (1887-1961), est un scientifique autrichien qui imagina cette expérience en 1935. L'idée est la suivante : un chat est enfermé dans une boîte avec un système qui se déclenche dès qu'il détecte la désintégration d'un atome radioactif (par exemple un compteur Geiger). Cette détection active un interrupteur entrainant la chute d'un marteau qui ira casser une fiole contenant un gaz mortel. Si cette désintégration a, disons, une chance sur deux de survenir au bout de 10 minutes, la mécanique quantique affirme que, tant que l'observation du phénomène n'a pas été réalisée, l'atome est en même temps dans les deux états (intact et désintégré). Comme le sort du chat dépend de cet état, le chat est en même temps mort ET vivant (et non pas mort ou vivant). C'est seulement l'ouverture de la boîte qui permettra le choix entre les deux états. L'expérience a pour seul souci de montrer combien ce qui peut être accepté pour une particule (un état « superposé ») peut être difficile à accepter dans le monde réel, le nôtre et celui du chat.

 

 

Glossaire

 
* effet tunnel : l'effet tunnel désigne la propriété que possède un objet quantique de franchir une barrière de potentiel, franchissement impossible selon la mécanique classique. Généralement, la fonction d'onde d'une particule, dont le carré du module représente l'amplitude de sa probabilité de présence, ne s'annule pas au niveau de la barrière, mais s'atténue à l'intérieur de la barrière, pratiquement exponentiellement pour une barrière assez large. Si, à la sortie de la barrière de potentiel, la particule possède une probabilité de présence non nulle, elle peut traverser cette barrière. Cette probabilité dépend des états accessibles de part et d'autre de la barrière ainsi que de son extension spatiale. L'effet tunnel est à l'œuvre dans :
. les molécules : NH3, par exemple,
. les modélisations des désintégrations (fission, radioactivité alpha),
. les transistors,
. certaines diodes,
. différent types de microscopes,
. l'effet Josephson. (in Wikipedia France)

 

 

Images :

 

     b. La lumière, à la fois corpusculaire et ondulatoire (Caustiques de lumière après deux surfaces d'eau © Eric J. Heller. in strangepaths.com)

     c. La théorie des supercordes, qui vise à unifier la mécanique quantique et la relativité générale, suppose l'existence de dimensions supplémentaires dans l'espace-temps. Celles-ci pourraient être "compactes" et "enroulées" sur elles-mêmes sous la forme de variétés de Calabi-Yau, dont une possible est présentée sur cette image en 3 dimensions. Image © Jean-Francois Colonna (in www.journaldunet.com)

(Pour lire les légendes des illustrations, passer le pointeur de la souris dessus)

 

 

  
Addendum du 7 janvier 2008 : la théorie de Garrett Lisi

 
     Garrett Lisi, un scientifique américain hors-norme (1) a publié fin 2007 un article retentissant dont le titre semble à lui seul une provocation : « Une théorie du tout exceptionnellement simple ». Il nous dit « s'être rendu compte, au bout de 10 ans de travail acharné, que sa recherche d'unification entre physique quantique et gravitation a pour solution une structure géométrique, le groupe de Lie E8, permettant de décrire toutes les propriétés des particules de matière et de force. » Son explication étant incompatible avec la théorie des cordes à laquelle se réfèrent la plupart des physiciens fondamentalistes, ceux-ci n'ont pas tardé à réagir avec véhémence. En revanche, d'autres crient à la découverte géniale. Bref, soudainement beaucoup de remue-ménage dans le Landerneau scientifique ! Qui a raison ? Est-on devant une extraordinaire intuition pouvant conduire au Nobel ou face à un pétard mouillé façon « mémoire de l'eau » ? Il est certainement trop tôt pour le dire. Je me suis rendu sur le site du chercheur (http://arxiv.org/pdf/0711.0770) mais je suis bien sûr incapable de comprendre les équations qui y figurent... Il est donc urgent d'attendre. Quand même ! S'il y avait quelque chose là-dessous ce serait une découverte majeure, fondamentale, comme il n'en existe qu'une seule par siècle (et encore !)...

     Rejetée par de nombreux auteurs, la théorie de Lisi devrait faire l'objet d'une vérification expérimentale dans les années à venir, notamment au CERN (par son accélérateur de particules). On saura alors ce qu'il en est puisque, selon Lisi lui-même, sa théorie doit être prise globalement, un seul résultat négatif l'invalidant totalement.


(1) hors norme car ce chercheur indépendant divise sa vie entre la recherche fondamentale... et le surf ou autre snowboard. Tous reconnaissent qu'il sait vraiment de quoi il parle mais est-ce suffisant ?

 

 

Mots-clés : Max Planck - Albert Einstein - Niels Bohr - théorie non relativiste - nuage électronique - principe d'exclusion - non localité - photon - décohérence - Erwin Schrödinger - supraconduction - effet tunnel - ordinateur quantique - théorie du tout - théorie des cordes - Garett Lisi

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

 

 

 

  

Sujets apparentés sur le blog :

 

1. théorie de la relativité générale

 

2. la théorie des cordes ou l'Univers repensé

 

3. le boson de Higgs

 

4. les constituants de la matière

 

 

 

 

 

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Mise à jour de l'article : 15 février  2016

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22 février 2008 5 22 /02 /février /2008 13:29

 

    

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     Afin de mieux appréhender les phénomènes astronomiques abordés précédemment dans le blog, il m'a semblé important de revenir sur la théorie de la Relativité Générale formulée en 1915 par Einstein (la même approche paraît nécessaire pour la mécanique quantique, voir sujet mécanique quantique). J'ai longtemps hésité pour choisir le chapitre dans lequel faire figurer ce sujet : la physique ou l'astronomie ? En définitive, puisque la théorie de la Relativité Générale permet de comprendre et d'expliquer nombre de phénomènes astronomiques, j'ai retenu l'astronomie bien que, stricto sensu, cette théorie relève en réalité de la physique fondamentale. Il va de soi que je n'aborderai pas ici l'aspect mathématique de la question (j'en serais bien incapable) et c'est essentiellement son aspect applicatif que je vais m'efforcer de résumer.

 

 

 
origine de la théorie

 

     Nous connaissons tous le phénomène de la gravitation qui nous permet – c'est l'exemple le plus simple – de rester soudés à notre bonne vieille Terre. C'est également cette « force » qui explique que les planètes tournent autour des étoiles ; elle qui attire les galaxies pour peu qu'elles soient suffisamment proches et elle encore qui, d'une manière plus générale, permet l'expansion de l'univers. Dès la fin du XVIIème siècle,
Newton, on le sait, proposa une explication au phénomène. Il bâtit une théorie de la mécanique qui, au lieu de s'appuyer exclusivement sur la vitesse comme ses prédécesseurs, se fondait sur l'accélération. Il spécula sur l'existence d'une force agissant à distance entre deux objets, par exemple entre la Terre et la Lune ; il affirma que cette force résultait de la position relative, à un instant donné, des deux intervenants et qu'elle dépendait de leurs propriétés sur le moment, cela quelle que soit la distance les séparant. La gravitation, selon Newton, était donc une force instantanée, se propageant à une vitesse infinie. C'est ce caractère instantané, immédiat qui rebutait Einstein : pour lui, aucune information ne pouvait se propager à une vitesse supérieure à celle de la lumière et c'est ce qu'il chercha à démontrer des 1905 dans sa théorie de la Relativité Restreinte. Sa théorie stipule que la simultanéité ne peut pas être définie puisqu'elle diffère d'un observateur à l'autre si ceux-ci sont animés d'une vitesse non nulle. Problème : comment dès lors intégrer la notion de gravitation ? Dès l'énoncé de sa loi de Relativité Restreinte, Einstein s'acharna à trouver une explication de la gravitation coïncidant avec sa théorie et cela l'amena, une dizaine d'années plus tard, à présenter une extension de sa première théorie afin de passer à un échelon plus vaste : c'est la théorie de la Relativité Générale.
 

 

 

 
relativité restreinte

 
 
     Commençons tout d'abord par la Relativité Restreinte. Pour résumer, on peut distinguer dans la théorie les principes fondamentaux suivants :

  
          * dans le vide, la
vitesse de la lumière est constante et approximativement égale à 300 000 km par seconde. Elle est toujours la même et cela ne dépend pas des observateurs, que ceux-ci soient ou non en mouvement.

  
           * il existe une stricte équivalence matière-énergie, cette équivalence étant résumée dans la formule célèbre :
E = mc2 où E représente précisément l'énergie et m la masse, c correspondant à la vitesse de la lumière. On peut le dire d'une autre façon : l'énergie (E) d'une molécule libre et au repos est égale à sa masse (m) que multiplie dans le vide le carré de la vitesse de la lumière (c).

 
          *
l'espace et le temps sont indissociables : l'univers, que l'on pensaitEinstein.jpgjusque là à trois dimensions, en compte en réalité quatre puisqu'on doit y intégrer le temps.

 
     On vient de dire que le temps et l'espace sont indissociables et que la vitesse de la lumière est constante dans tous les référentiels inertiels, c'est à dire par rapport à des points de référence qui ne subissent aucune accélération. On peut donc en déduire que, si la vitesse de la lumière est en tout point constante, c'est
le temps qui varie. Le temps peut donc ralentir, « se dilater » ou au contraire s'accélérer, « se contracter » et être donc « différent » d'un endroit à un autre, passant plus vite ici ou plus lentement ailleurs.

 
     A notre échelle, les dimensions étant très petites, ces différences ne nous sont pas perceptibles mais c'est une toute autre affaire dès que l'on s'intéresse, comme en astronomie, aux
grands espaces. C'est la raison pour laquelle la physique newtonienne a paru longtemps parfaitement exacte tant qu'elle s'intéressait aux phénomènes terrestres mais apparemment légèrement imprécise dès que l'on regardait vers le système solaire et les étoiles : il s'agissait d'une espèce d'approximation des lois physiques.

 
     En fait, la Relativité Restreinte ne s'applique qu'aux phénomènes utilisant des vitesses constantes. Elle ne restait qu'une approche locale des phénomènes physiques tant que n'y était pas intégrée l'explication de la
gravitation : c'est ce qu'Einstein s'ingénia à mettre en équations pour finalement aboutir à la généralisation de sa théorie.
 

 

 

relativité générale


 
     La théorie de la Relativité Générale est, on vient de le dire, une généralisation de la théorie de la Relativité Restreinte puisqu'elle intègre la gravitation qui y était absente. Résumons-là brièvement :

 
 
          *
l'espace est déformable : toute masse peut le courber autour d'elle en formant ce que l'on appelle une géodésique, c'est à dire le chemin le plus court qui relie deux points d'une surface. Si l'espace est courbé par une masse, la liaison entre deux points ne sera évidemment pas une ligne droite mais l'adaptation d'une ligne droite à un espace courbe (on peut en voir un exemple sur l'image d'introduction). Imaginons pour mieux comprendre un tapis élastique épais sur lequel se trouve une balle de tennis. Si un petit chien vient s'allonger près d'elle, celui-ci va déformer légèrement le tapis et la balle va rouler vers lui. Le maître vient à son tour s'asseoir près de son chien et, cette fois-ci, le poids étant bien plus élevé et la déformation plus importante, c'est le chien qui risque de glisser vers lui avec la balle. Les objets de l'univers déforment donc l'espace et ce d'autant plus que leurs masses sont importantes : c'est ainsi que le Soleil déforme l'espace obligeant la Terre à tourner autour de lui, ce que fait d'ailleurs la Terre avec son satellite.

 
 
          *
les objets qui se trouvent dans l'espace courbe créé par un objet plus volumineux s'approchent de lui en suivant des géodésiques mais comme il s'agit justement de géodésiques ils ne tombent jamais vers l'élément le plus massif mais se mettent en orbite autour de lui.

 
 
          *
la courbure engendrée par une masse plus importante ne se propage pas vers les objets plus légers de manière instantanée mais à la vitesse de la lumière.

 
 
          * il s'ensuit de ces phénomènes que
l'espace ne peut pas être quelque chose d'absolu et fixé une fois pour toutes : tout objet transforme l'espace en fonction de sa propre masse et crée donc des conditions locales particulières. L'espace est la résultante de l'ensemble de toutes les déformations et se modifie sans cesse.

 
 
     Restait à valider tout cela car les équations aussi remarquables soient-elles ne suffisaient pas et c'est Einstein lui-même qui suggéra trois expériences susceptibles de démontrer le bien-fondé de sa théorie.
 

 

 

 
preuves de la théorie de la relativité générale


 
     Einstein proposa trois expériences sur des phénomènes qui n'avaient jamais pu être expliqués par la théorie de la gravitation de Newton.

 
 
          * la première concernait un problème qui agaçait depuis des lustres la communauté astronomique : l'anomalie de
l'avance du périhélie de Mercure (voir glossaire) ou, pour le dire plus simplement, l'existence d'un léger décalage dans la trajectoire de cette planète, une observation qui échappait à la physique newtonienne. En 1915, Einstein, calculs à l'appui, démontra que sa théorie correspondait parfaitement aux observations.

 
 
          * la deuxième, fondée sur l'aspect relativiste de sa théorie, postulait l'existence de
mirages gravitationnels : la masse du Soleil courbe l'espace autour de lui ce qui entraîne la déviation des rayons lumineux des étoiles situées derrière lui. En absence du Soleil, la position apparente des étoiles sera strictement identique à leur position réelle. En revanche, la présence du Soleil donnera l'impression que les étoiles sont plus écartées qu'en réalité puisque les rayons lumineux provenant d'elles suivront la courbure accentuée de l'espace autour de lui. Pour pratiquer l'expérience, il faut donc des étoiles dont la position est parfaitement documentée, une éclipse de soleil... et un beau temps sans nuages. En 1919, Eddington observa ce mirage gravitationnel comme le prévoyait la théorie. Ce fut, on s'en doute, un énorme émoi dans la communauté scientifique que d'obtenir un tel résultat.

 
 
          * la troisième expérience était plus difficile à mettre en œuvre car un peu trop complexe pour les outils de l'époque. Il s'agissait de montrer un
décalage dans la fréquence des atomes en fonction de la masse d'une étoile. C'est en 1960 seulement que l'expérience fut réalisée et couronnée de succès.

 
 
     Ces trois tests emblématiques ont définitivement validé la théorie.

 

 

 

pour quelles conséquences ?


 
     La première observation que l'on peut faire est que, en introduisant dans le corps de la théorie le principe dit de relativité (voir glossaire), Einstein a pu démontrer que, toutes conditions étant par ailleurs les mêmes,
les lois de la physique sont applicables à l'ensemble de l'univers et qu'elles aboutiront par conséquent à des mesures identiques. C'est la raison pour laquelle on parle pour la Relativité Générale d'une théorie universelle. Du coup, l'espace lointain nous devient compréhensible, à l'exception notable du tout début, la singularité du Big Bang (voir sujets fond diffus cosmologique et matière noire et énergie sombre) où la gravitation n'existe plus (ou n'existe pas encore). Des phénomènes jusque là mystérieux ont pu commencer à recevoir un début d'explication. En effet, si la théorie newtonienne restait suffisante pour décrire la plupart des phénomènes observés à l'échelle des étoiles ainsi qu'au niveau du système solaire (sauf, comme on l'a vu plus haut, l'avance de la trajectoire de Mercure), pour certains objets observés, la théorie d'Einstein était absolument nécessaire. On peut en citer quelques uns :

 
 
          *
les mirages gravitationnels :

 
     Comme on l'a déjà dit, un mirage gravitationnel est une déformation de lentille-gravitationnelle.jpgl'image provenant d'une source lointaine à la suite de la présence entre cette source et l'observateur d'un objet très massif (par exemple un groupe de galaxies) qui modifie l'espace-temps. Depuis la première expérience de 1919, le phénomène a été identifié à de nombreuses reprises (notamment par le télescope spatial Hubble) dès lors que l'on étudie l'univers lointain et il sert même à la détection de la matière noire. On trouvera une illustration récente de ces mirages gravitationnels dans la note située en fin de cet article.

 
 
          *
les étoiles à neutrons :

 
     Nous avons déjà eu l'occasion d'évoquer ce stade terminal de la vie de certaines étoiles (voir sujet
mort d'une étoile). Rappelons brièvement qu'il s'agit de la mort d'étoiles massives sous l'effet de leur gravité propre, une fois qu'elles ont épuisé leur combustible nucléaire. Après avoir explosé en supernova, l'étoile ne se présente plus que sous la forme de son noyau extrêmement dense qui peut se mettre à tourner à grande vitesse sur lui-même en émettant un champ magnétique puissant : on parle alors de pulsar. Le plus souvent, les étoiles à neutrons, en raison de leur très petite taille, restent invisibles.

 
 
          *
les trous noirs :

 
     Il s'agit ici d'objets supermassifs possédant un champ gravitationnel si intense que rien ne peut s'en échapper. C'est ce à quoi conduit la mort des très grosses étoiles puisque le noyau résiduel est ici si massif qu'il ne peut même pas conduire à une étoile à neutrons. Prédits par la théorie de la Relativité Générale, les trous noirs ne peuvent évidemment pas être observés (ils sont « noirs » puisque aucune matière ne s'en échappe, pas même la lumière) mais soupçonnés par leur action sur leur environnement (par exemple, une quantité importante de rayons X provoquée par la surchauffe de la matière avant d'être engloutie). Leur existence est à présent une
certitude pour la communauté scientifique.
 

 
     La théorie de la Relativité Générale est donc, comme on vient de le voir par ces quelques exemples, l'outil idéal pour expliquer de nombreux phénomènes cosmiques. Elle donne une excellente explication de la gravitation, même pour l'univers lointain difficilement déchiffrable, et elle n'a jamais été prise en défaut. Pour autant, la situation n'est pas parfaite car
jamais on n'a pu faire coexister cette théorie avec la mécanique quantique, seule à même d'expliquer les phénomènes subatomiques. Et cela fait désordre.
 

 

 
la théorie du tout


 
     Pour résumer l'étendue du problème qui se pose aux scientifiques, rappelons qu'il existe dans l'univers quatre forces fondamentales : la
gravitation qui concerne tout l'univers visible, et trois autres – électromagnétisme, interaction faible et interaction forte – qui concernent le monde de l'atome et sont expliqués par la mécanique quantique (voir aussi le sujet constituants de la matière). Impossible jusqu'à présent d'unifier ces quatre forces : on a eu beau faire – Einstein le premier - la gravitation ne peut pas être décrite dans un cadre quantique. Il est certain que, quelque part, une pièce du puzzle est absente... à moins qu'une erreur ne se soit glissée quelque part, soit dans la Relativité Générale, soit dans la mécanique quantique. Mais cette éventualité est finalement peu probable, ni l'une, ni l'autre des deux approches n'ayant jamais été prises en défaut alors que toutes deux ont considérablement fait avancer nos connaissances théoriques et se sont prolongées dans une foule d'applications pratiques.

 
     Les scientifiques sont donc toujours à la recherche d'une «
théorie du tout » qui unifierait Relativité Générale et mécanique quantique. Il existe des pistes mais essentiellement théoriques et qui demandent à être approfondies : je pense à la « théorie des cordes » qui permettra peut-être d'intégrer la gravitation à l'univers des quanta. Pour le moment, cette approche reste du domaine de la recherche pure. Une chose est néanmoins sûre : la Relativité Générale nous a permis de commencer à comprendre comment s'organisait et interagissait l'univers immense qui nous entoure : ce n'est déjà pas si mal.

 

 

 

 

 

 
Glossaire (in Wikipedia France)


 
*
périhélie : le périhélie est le point de l'orbite d'un corps céleste (planète, comète, etc.) qui est le plus rapproché du Soleil. Cela se dit aussi de l'époque où l'objet a atteint ce point. La Terre décrit une orbite elliptique dont le Soleil occupe un des foyers. Elle est au périhélie vers le 3 janvier, à une distance de 0,983 ua (nota : une unité astronomique ou ua correspond à la distance moyenne entre la Terre et le Soleil)
 
*
principe de relativité : dans son expression moderne, le principe de relativité affirme que les lois physiques sont les mêmes pour tous les observateurs. Cela ne signifie pas que les événements physiquement mesurables dans une expérience sont les mêmes pour les différents observateurs, mais que les mesures faites par les différents observateurs vérifient les mêmes équations. Toutefois, pour deux expériences préparées de manière identique dans deux référentiels distincts soumis aux mêmes contraintes gravitationnelles (tous les deux inertiels par exemple) les lois sont rigoureusement identiques et donnent des mesures identiques dans leurs référentiels respectifs. On dit que les lois sont « invariantes par changement de référentiel », ou encore qu'elles sont « covariantes ».
 

 

 

 


Images :

 

1. il s'agit d'une représentation bidimensionnelle de la distorsion spatio-temporelle. La présence de matière modifie la géométrie de l'espace-temps. De ce fait, la ligne qui unit deux objets est adaptée à la courbure de l'espace : ce n'est plus une ligne droite comme dans la géométrie classique mais une géodésique. (sources : www.arcanes.org/)

2. Albert Einstein (source : www.futura-sciences.com)

3. lentille gravitationnelle (source : wikipedia.org)

(Pour lire les légendes des illustrations, passer le pointeur de la souris dessus)

 

 

 

Note brève : la plus lointaine des galaxies naines (in Science & Vie, n° 1083, décembre 2007)


En orbite et à Hawaï, le 4 octobre. Une équipe d'astronomes de l'université de Californie a réussi à observer une galaxie naine 100 fois moins massive que la Voie lactée, à 6 milliards d'années-lumière de nous ! Jamais un objet aussi petit n'avait été vu à une telle distance. Coup de chance : une galaxie massive située entre la galaxie naine et nous a déformé son image, la rendant 10 fois plus brillante et plus grosse. A partir de ce « mirage gravitationnel » en forme d'anneau recueilli par les télescopes Hubble et Keck, les astronomes ont pu reconstituer l'aspect que devait avoir la petite galaxie. Il s'agit du premier portrait d'une très vieille galaxie naine à l'époque où l'univers avait la moitié de son âge. V.G.

 

 

 

 

Mots-clés : Albert Einstein - Isaac Newton - mécanique quantique - gravitation - relativité restreinte - espace-temps - géodésique - courbure de l'espace - périhélie de Mercure - mirage gravitationnel - étoile à neutrons - supernova - pulsar - trou noir - théorie du tout - théorie des cordes  

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

 

 

 

 

Sujets apparentés sur le blog :

 

1. mécanique quantique

2. les constituants de la matière

3. matière noire et énergie sombre

4. mort d'une étoile

5. la théorie des cordes ou l'Univers repensé

6. l'expansion de l'Univers

 

 

  

 

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Mise à jour de l'article : 23 juillet 2013

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21 février 2008 4 21 /02 /février /2008 19:54

 

 m31-copie-1.jpg

 

 

 

   

     A l'aube de l'Humanité, dès qu'il eut une conscience, l'Homme s'est cru le centre du Monde. Il se considérait, à tort ou a raison, comme plus développé et mieux organisé que les autres êtres vivant sur sa planète et nul doute pour lui que la Terre avait été créée pour sa convenance, une Terre évidemment au centre d'un Univers dont il ignorait presque tout. 

 

     Cet anthropocentrisme rappelle, toutes proportions évidemment gardées, les premières années d'un enfant : lui-aussi a d'abord l'impression qu'il est le centre du monde. L'enfant ignore longtemps qu'il existe des lieux et des gens en dehors de son petit univers. Ce sont ses parents d'abord, puis l'école et la pression sociale qui lui font comprendre sa place réelle qui n'est pas aussi importante qu'il le pensait au départ. Si l'on poursuit cette analogie, on comprend assez vite que l'école, pour l'Humanité, c'est la Science. C'est elle qui explique que l'univers est bien plus vaste que primitivement pensé et, surtout, que l'Homme n'est qu'une minuscule partie d'un tout qui ne lui est pas dédié.

 

    Cette impression que la Terre est le centre du monde (géocentrisme) a longtemps marqué les esprits, au moins jusqu'aux temps modernes, et on peut même parfois se demander si, de nos jours, tous les hommes se sont bien affranchis de cette illusion.

 

 

 

 

les temps historiques

 

 
     Si l'astronomie fut très tôt développée (essentiellement pour des raisons religieuses), parfois de matière assez précise, par les grandes civilisations de l'antiquité (Chine, Babylone, Égypte, Inde, etc.), ce sont les Grecs qui ont été les premiers à tenter d'expliquer les lois de la Nature à partir de véritables expériences, et non plus d'après les récits traditionnels.

  
     Au début, vers – 600 ans av. JC., les penseurs grecs, comme
Thales ou Anaximandre (voir glossaire), imaginent une Terre plate entourée de sphères où sont accrochées les étoiles. Un peu plus tard, vers – 500 ans av. JC, les pythagoriciens (voir glossaire) développent le concept en incluant un assemblage de sphères dont la dixième, la plus extérieure, supporte le champ étoilé : ils proposent même de faire coïncider le son (harmoniques) avec ces sphères d'où l'idée de « sphères musicales ».

  
     
Platon (voir glossaire), par la suite, imagine une terre ronde, centre du Monde, entourée d'une sphère d'eau, d'une sphère d'air et, pour la plus extérieure, d'une sphère de feu : c'est sur cette dernière que sont accrochées les étoiles...

 
   C'est avec
Aristote, au quatrième siècle av. JC, que ce système géocentrique se complexifie : l'univers est fini et la Terre (sphérique) est toujours le centre du Monde. Deux parties composent cet univers : celle située sous l'orbite lunaire (et donc infralunaire) et l'autre, supralunaire, qui comprend un grand nombre de sphères (55) dont la dernière, la plus extérieure, est ici aussi celle des étoiles. Tout ce qui est supralunaire est considéré comme immuable et parfait, à l'inverse du monde infralunaire, celui de la Terre et des humains, où l'on meurt et où tout semble se transformer.

 
     Puis vient
Ptolémée qui, dans l'Almageste, un de ses ouvrages les plus célèbres, va organiser l'ensemble des connaissances mathématiques et astronomiques de son temps : le géocentrisme qui y est défendu sera la référence durant près de 1300 ans.

 
     Il faut en effet attendre
Copernic, au seizième siècle, pour voir la Terre déchue de son rôle central. Encore n'est-ce qu'un début puisque, si le système copernicien retire à la Terre son immobilité et la fait tourner autour du Soleil, ce dernier reste encore le centre du monde. De plus, si pour Copernic la Terre et les autres planètes tournent autour du Soleil, le savant conserve la vieille image des sphères aristotéliciennes. Peu après, Tycho Brahé, un astronome pourtant des plus réputés, bâtira un système revenant sur une Terre immobile, la Lune et le Soleil tournant autour d'elle tandis que les autres planètes gravitent autour du Soleil.

 
     C'est à partir de
Galilée (et grâce à sa lunette astronomique) que les temps galilee.jpgchangent vraiment, plutôt lentement d'ailleurs si l'on songe aux difficultés bien réelles que le savant eut avec les autorités religieuses de son époque. Le géocentrisme moribond vivra encore quelques péripéties éparses mais, la connaissance de notre univers progressant, il sera bientôt définitivement abandonné. Gardons-nous néanmoins de tout triomphalisme en nous rappelant que, jusqu'aux travaux de Hubble (voir sujet céphéides), dans les années 1920 (et plus exactement en 1924 soit il n'y a que 83 ans !), bien des scientifiques excluaient la présence d'étoiles hors de notre galaxie...

 

 
     On constate donc combien il est difficile de se débarrasser des idées erronées tant elles paraissent acquises à une multitude d'esprits qui, par intérêt, facilité ou complaisance, cherchent avant toutes choses à ne pas remettre en cause un ordre estimé établi une fois pour toutes, montrant ainsi un état d'esprit exactement à l'opposé de celui nécessaire à une authentique approche scientifique.
  

 

 

 

La Terre, aujourd'hui

 

 
     Eh bien, c'est une planète toujours aussi merveilleuse – parce que c'est la nôtre – mais au fond bien banale. Il est probable que des millions (des milliards ?) de planètes semblables existent jusqu'aux confins de l'univers et que, peut-être, certaines d'entre elles abritent la Vie. La Terre est la troisième planète d'un système qui en compte huit (plus quelques gros planétoïdes comme Pluton et Charon en périphérie). Elle tourne autour d'une étoile, elle-aussi des plus banales, cataloguée comme
naine jaune, et qui en est arrivée à peu près à la moitié de sa vie. Cet astre assez petit est situé dans le bras d'Orion, plutôt en périphérie de la galaxie qui nous abrite, la Voie lactée (voir sujet place du Soleil dans la Galaxie). La Galaxie – avec un grand « G », autre nom donné à la Voie lactée – contient environ 300 milliards d'étoiles et le Soleil est l'une d'entre elles.

 
     Et au delà ? On trouve, près de la Voie lactée, quelques galaxies qui forment ce que l'on appelle le
Groupe local. La galaxie d'Andromède (un objet superbe à regarder par une nuit propice pour peu qu'on soit suffisamment équipé et dont la photo sert d'introduction à l'article) est assez semblable à notre propre galaxie et les forces gravitationnelles étant à l'œuvre puisque les objets sont proches, on prédit que ces deux entités dominantes devraient se télescoper dans environ deux milliards d'années : nous ne serons plus là pour le voir et c'est bien dommage parce que les ciels nocturnes de cette époque seront très sûrement extraordinaires. Ce groupe local (un terme inventé par Edwin Hubble) renferme une grosse trentaine de galaxies, la plupart satellites des deux galaxies principales.

 

     Les galaxies ne sont donc pas uniformément réparties dans l'univers ; elles sont regroupées en amas qui ont tendance à s'éloigner les uns des autres en raison de l'expansion - dont on sait d'ailleurs à présent qu'elle s'accélère - de l'univers : c'est la fameuse « fuite » des galaxies que l'on met en évidence par le décalage vers le rouge de leurs spectres lumineux en fonction de l'effet Doppler, un phénomène que les anglo-saxons appellent « Redshift ». Toutes les galaxies de l'univers visible semblent donc nous fuir, à la notable exception des quelques habitantes de notre groupe local pour la raison déjà évoquée, la gravitation.

 

     Entre les amas de galaxies, il n'existe que d'immenses (mais je devrais dire incommensurables !) zones vides, à l'exception parfois d'un peu de gaz et, peut-être de matière encore inconnue. Ces amas se regroupent eux-mêmes en superamas, puis les superamas en des sortes de filaments ou de grilles qui occupent tout l'espace que nous pouvons voir et/ou deviner. Des milliards de galaxies contenant chacune des centaines de milliards d'étoiles. Impossible de se représenter, de comprendre un tel chiffre... Et le Soleil n'est que l'une de ces étoiles (voir note de bas de page).

 
     Mais alors, si le Soleil n'est pas le centre de l'univers, où se trouve donc celui-ci ? Passionnante question qui a occupé des milliers de discussions scientifiques et opposé tant de grands savants !

 
 

 

 

Le centre du « monde »

 

 
     Avant de localiser où se trouve le centre de l'univers, il convient au préalable de se poser la question de savoir s'il en existe un... La réponse est d'emblée troublante : aux yeux de la cosmologie moderne, le centre de l'univers est partout... et nulle part ! En effet, depuis Einstein et la
théorie de la relativité générale (voir le sujet correspondant), on considère qu'aucun repère absolu n'existe et, de ce fait, tout observateur, où qu'il soit, peut toujours prétendre être au centre du monde...

 

     Pour essayer de comprendre cet apparent paradoxe, revenons sur ce que nous savons (ou croyons savoir) sur notre univers et ses origines.

 

 
     *
le Big bang

 
     Depuis Hubble et sa découverte de la fuite des galaxies, nous savons donc galaxies-univers-lointain-copie-1.jpgque l'univers est en expansion, une expansion qui dure depuis à peu près 13,7 milliards d'années. (On trouvera un exposé plus détaillé sur l'âge et la formation de l'univers dans le sujet
Big bang et origine de l'univers). Supposons que, à l'instar d'un film, nous puissions rembobiner l'histoire du cosmos : l'espace se contracte et les groupes de galaxies se rapprochent les uns des autres pour, à la fin, ne plus former qu'un seul point minuscule appelé singularité. Toute la matière de l'univers se retrouve alors dans un espace nul où la température, la courbure de l'espace-temps, la densité sont infinies et où les lois physiques que nous connaissons ne peuvent pas s'appliquer. La singularité est le cataclysme originel au delà duquel nous ne pouvons plus remonter : c'est le point de départ de notre univers, là où va se produire le Big bang qui déclenchera l'expansion. Impossible de savoir ce qu'il y avait avant et même s'il y avait un « avant ». Toutefois, les cosmologistes modernes proposent certaines solutions à ce paradoxe (voir : avant le Big bang)

 
     D'autre part, lorsque nous regardons l'univers visible autour de nous, nous lui reconnaissons une certaine
homogénéité : dans toutes les directions, on trouve des galaxies regroupées en amas et réparties globalement de la même façon ; on dit que l'univers apparaît homogène quelle que soit sa partie observée. Pour qu'il y ait un même aspect de l'univers quel que soit le lieu, il faut bien qu'il y ait eu à un moment donné une interaction entre ces régions éloignées les unes des autres afin d'avoir assuré l'homogénéité de leurs propriétés.

 

     Or c'est là que le bât blesse : le fond diffus cosmologique (voir sujet), qui est le résidu du big bang, est visible dans toutes les directions à 13,7 milliards d'années-lumière (dans le passé puisque c'est la lumière de cette époque qui nous parvient aujourd'hui) et on observe des galaxies vieilles de 13 milliards d'années de tous côtés. Cela veut dire que les plus éloignées d'entre elles sont séparées par 25 milliards d'années-lumière et donc qu'elles n'ont pas pu être en contact puisque la lumière n'existe que depuis 13 milliards d'années environ et que rien ne va plus vite que la lumière... Leurs propriétés n'ont pu être homogénéisées (par exemple, la densité de la matière, la chaleur et, d'une manière générale, toutes les propriétés physiques) or elles sont quand même homogènes. Où est donc l'erreur ?

 

     Comme il est vraiment peu probable que tout ceci soit dû au hasard, deux explications sont envisageables :

 

a. l'Univers est beaucoup plus vieux que ce que l'on croyait ou

 

b. il était au début beaucoup plus petit que ne nous le laisse supposer l'expansion actuelle. C'est cette dernière explication qui a la faveur des astronomes : l'univers était au début très petit puis il a subi une accélération vertigineuse de son expansion (les objets cosmiques étaient alors « en contact ») avant de revenir au rythme actuel. Cette accélération fantastique est appelée « inflation ».

 
     L'autre hypothèse (l'univers plus vieux) n'est pas réellement abandonnée : elle expliquerait la singularité et ce qu'il y avait avant mais impossible d'aller plus loin. La théorie de la relativité générale ne peut répondre (dans la singularité, la gravitation n'existe pas puisque la matière y est confinée) et il faudrait la remplacer par une théorie quantique de la gravitation qui n'existe pas (ou pas encore).

 

 
          *
le centre de l'univers

 
     On vient de voir que le big bang, point de départ (mais pas forcément de début) de notre univers a eu lieu partout et en même temps dans la singularité. On peut dire les choses autrement : tout l'espace-temps était déjà contenu dans ce point originel. Il faut bien comprendre ce que cela veut dire : tout l'espace était dans ce point et il n'y avait donc rien en dehors parce qu'il n'y a pas de « dehors ». L'espace s'est simplement
dilaté, partout et dans toutes les directions.

 

     Que peut-on en conclure? Eh bien que le « centre » est partout. Supposons, en effet, un observateur situé à, disons, 1 million d'années-lumière de nous (nous, nous ne le verrions seulement que dans 1 million d'années, lorsque la lumière qui l'éclaire nous parviendrait). Cet observateur verrait en ce moment le fond diffus cosmologique à 13,7 milliards d'années. Et les mêmes images décalées dans le temps des galaxies lointaines. Comme nous. Il aurait comme nous l'impression d'être au centre d'une sphère s'étendant dans toutes les directions jusqu'à 13,7 milliards d'années dans le passé... On peut donc avancer qu'il n'y a pas de « bord » : en ce moment, tous les objets existant dans l'univers sont effectivement à 13,7 milliards d'années-lumière du fond diffus cosmologique. Et s'il n'y a pas de bord, c'est partout le centre... et nulle part. Simple, non ?

 

 

 
 

L'homme est si petit et si facile à tromper

 

 
     Nous nous trouvons sur une planète, la Terre, qui a eu le grand mérite de voir apparaître la Vie. Cette vie a suffisamment évolué pour se poser la question de sa place dans la grande machinerie de l'univers. Au début, comme c'est souvent le cas quand on ignore à peu près tout, nous nous sommes pris pour le nombril du monde : non seulement l'univers, si grand qu'il ne peut être réellement appréhendé par l'esprit, nous était destiné mais notre planète, immobile, voyait tourner autour d'elle les milliards de milliards d'étoiles accrochées à on ne sait quelle tapisserie cosmique.

 

     Il en aura fallu des discussions, des controverses, des excommunications mais également des observations longues et minutieuses mâtinées de spéculations géniales pour en arriver à la conclusion que, non, décidément, la Terre n'est pas – au sens antique - le centre du monde. Vanitas vanitatum, omnia vanitas...

 

 

 

Glossaire (in Wikipedia France)

 

* Anaximandre : Anaximandre de Milet (en grec ancien (ναξίμανδρος / Anaxímandros) (610 av. J.-C. – vers 546 av. J.-C.) est un philosophe grec présocratique. Il succéda à Thalès comme maître de l'école milésienne, et compta Anaximène et Pythagore parmi ses élèves. Anaximandre passe pour le premier philosophe à avoir consigné ses travaux par écrit. Seul un fragment est parvenu jusqu'à nous, mais les témoignages antiques permettent de se faire une idée de leur nature et de leur étendue, qui couvre la philosophie, l'astronomie, la physique, la géométrie mais aussi la géographie.

 
 *
Thalès : Thalès de Milet appelé communément Thalès (en grec ancien Θαλής / Thalês), était un philosophe présocratique ionien né à Milet vers l'an 625 et mort vers l'an 547 av. J.-C. Il fut l'un des Sept sages de la Grèce et le fondateur présumé de l'école milésienne. Il est souvent considéré comme le premier philosophe de l'Occident.

 
*
pythagoriciens : Pythagore (en grec Πυθαγόρας / Pythagóras, annoncé par la « Pythie »), né vers -580 et mort vers -490, était un mathématicien, philosophe et astronome de la Grèce antique. L'école pythagoricienne était une école philosophique de l'Antiquité fondée par lui. L'enseignement pythagoricien était divisé en deux parties : une partie pour les acousmaticiens, les non encore initiés, et une pour les initiés, les mathématiciens. Cet enseignement était oral et secret. La transmission du savoir entre disciples était indissociable du respect des règles morales de la fraternité (philias) dans son ensemble : règle du silence, respects du grade d'initiation des disciples. L'école pythagoricienne était ainsi une confrérie tant religieuse que scientifique, s'intéressant principalement à l'enseignement des mathématiques, de l'astronomie, de l'éthique et de la politique.

 
*
Platon : Platon (en grec ancien Πλάτων / Plátôn, Athènes, 427 av. J.-C. / 348 av. J.-C.) est un philosophe grec, disciple de Socrate. Surnommé le « divin Platon », il est souvent considéré comme un des premiers grands philosophes de la philosophie occidentale. La philosophie platonicienne se caractérise par son extrême richesse. On a l'impression qu'il n'y a pas de problèmes ou de questions que Platon n'ait déjà soulevés. Platon s'est tourné aussi bien vers la philosophie politique que vers la philosophie morale, la théorie de la connaissance, la cosmologie ou vers l'esthétique. Ses positions sont encore souvent discutées ou défendues par la philosophie contemporaine.

 

Note : le nombre des étoiles (in Science & Vie, n° 1031, août 2003)

 
     Leur nombre n'est pas si facile à estimer : les astronomes reconnaissent que cette question n'a pas encore de réponse. Simplement parce que nous ne pouvons pas voir au delà d'un horizon de 14 milliards d'années-lumière (la limite fixée par l'âge de l'Univers). Mais il est possible d'évaluer le nombre des étoiles dans l'Univers observable. D'abord, compter les étoiles dans une galaxie moyenne : jusqu'à 200 milliards (soit 2x1011) dans un spécimen moyen comme notre Voie Lactée. Le chiffre est ensuite à multiplier par le nombre de galaxies observables, soit environ 100 milliards (1011), dont 100 millions vues par le télescope du Mont Palomar (USA). On obtient, au final, le chiffre (astronomique !) de 20 000 milliards de milliards (2x1022). Il s'agit d'une estimation à quelques milliers de milliards de milliards près...

 

 

Images

 

1. la galaxie d'Andromède M31 (sources : klmt.club.fr/hddp/)

     Plus grande galaxie de notre groupe local (plus grande mais, semble-t-il, moins dense que la Voie lactée), elle donne une image assez fidèle de ce à quoi ressemble notre galaxie.

2. Galilée (sources : pagesperso-orange.fr/)

3. redshift ou décalage vers le rouge par effet doppler (sources : snap.lbl.gov/science/)

     Note : moving toward you = se rapprochant de vous; at rest = statique; moving away from you = s'éloignant de vous

4. l'expansion de l'univers : observer les objets astronomiques, c'est regarder dans le passé jusqu'à un mur pour l'instant infranchissable : le fond diffus cosmologique, situé 300 000 ans après le big bang, soit à 13, 5 milliards d'années dans le passé. Un passé qui s'accroit plus vite que le temps sur Terre en raison de l'expansion de l'univers et de la fuite des galaxies (sources : snap.lbl.gov/science/)

(Pour lire les légendes des illustrations, passer le pointeur de la souris dessus)

 

 

 

Mots-clés : philosophes grecs - anthropocentrisme - Ptolémée - l'Almageste - Copernic - Tycho Brahé - Galilée - naine jaune - Voie lactée - groupe local - galaxie d'Andromède - expansion de l'univers - relativité générale - singularité - Big Bang - fonds diffus cosmologique - inflation cosmique

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

 

 

 

 Sujets apparentés sur le blog :

 

1.  Céphéides

2. place du Soleil dans la Galaxie

3. Big bang et origine de l'Univers

4. la querelle sur l'âge de la Terre

5. Edwin Hubble, le découvreur

6. planètes extrasolaires

7. avant le Big bang

8. l'expansion de l'Univers

 

 

  

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Mise à jour  : 7 mars 2015

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21 février 2008 4 21 /02 /février /2008 19:47

 

 foetus-copie-1.jpg

 

 

  

 

 

 

     La mondialisation – en tout cas dans le monde développé – est en marche, dit-on, et rien ne semble en mesure de l'arrêter. Il est vrai que, à toutes les époques, les observateurs confrontés au système politique dominant ont souvent eu cette impression d'inéluctabilité, probablement faute de posséder suffisamment de recul. Dans le domaine des sciences la question ne s'est jamais réellement posée puisque, de tout temps, les esprits concernés ont toujours assez facilement reconnu les réelles avancées scientifiques.

 

     Ce qui, aujourd'hui, est nouveau, c'est la haute technicité et la rapidité de la mise en œuvre de leurs applications (société médiatique oblige), la recherche immédiate de bénéfices commerciaux (domination actuelle du modèle marchand anglo-saxon) et la toujours possible délocalisation des recherches sous des cieux plus tolérants. D'où, en médecine, la survenue de problèmes éthiques qui sont parfois de véritables casse-têtes pour les autorités dites morales... Les travaux sur les cellules-souches sont un exemple de ces dilemmes, peut-être le plus emblématique. Je me propose donc de revenir sur leur nature et les espoirs (ou craintes) suscités dans ce domaine.

 

 

 

 

cellules-souches

 

 

     Précisons tout d'abord qu'une cellule-souche est une cellule indifférenciée capable de donner naissance à des cellules spécialisées et possédant par ailleurs la particularité de pouvoir se multiplier de manière quasiment illimitée, notamment quand elles sont cultivées en laboratoire (cette propriété étant également le cas des cellules cancéreuses). On comprend immédiatement leur intérêt si l'on espère régénérer un organe, voire en créer un nouveau... et les problèmes éthiques s'y rapportant : nous aurons l'occasion d'y revenir.
  
     Les cellules-souches sont présentes chez tous les êtres vivants (on pense à la salamandre capable de régénérer une de ses pattes si nécessaire), lescellules-souches-1.jpg mammifères comme les autres. On les trouve surtout au
stade embryonnaire de l'individu et aussi, mais dans une moindre mesure, chez l'adulte dont les tissus possèdent, en effet, presque toujours des cellules-souches, celles-ci étant seulement capables de régénérer le tissu composant l'organe auquel elles appartiennent. En résumé, plus on est près des premières divisions cellulaires après la fécondation, plus les cellules-souches présentes ont la faculté d'engendrer des cellules potentiellement multi-spécialisées.
 
     C'est la raison pour laquelle, on classe ces cellules en quatre grandes catégories :
 
  
*
les cellules-souches totipotentes : elles sont capables de donner un individu complet (totipotent = tous les pouvoirs) et sont issues des premières divisions de l'œuf (en fait, jusqu'au stade de la morula, c'est à dire un embryon débutant comprenant environ de 2 à 8 cellules). Lorsqu'on décide de provoquer le clonage d'un individu entier, c'est évidemment à ce stade qu'il faut le faire.
 
  
*
les cellules-souches pluripotentes : présentes chez l'embryon un peu plus âgé (vers 40 à 50 cellules), elles ne peuvent plus donner un individu entier mais sont encore capables d'engendrer chacun des tissus de l'organisme.
 
 
*
les cellules-souches multipotentes : celles-ci sont présentes bien sûr chez l'embryon mais aussi chez l'adulte. Leurs capacités sont un peu plus limitées puisqu'elles peuvent produire différentes cellules spécialisées mais de nature voisine : on parle alors de cellules déterminées. C'est le cas, par exemple, des cellules-souches du système hématopoïétique de l'homme qui peuvent donner naissance à toutes les cellules du système sanguin (y compris les globules blancs les plus spécialisés) mais sont incapables de former, par exemple, des cellules osseuses ou pancréatiques.
 
 
*
les cellules-souches unipotentes : ces dernières ne peuvent donner qu'un type cellulaire et un seul, tout en gardant comme les autres la possibilité de s'autorenouveler. Elles sont présentes dans la plupart des organes mais pas tous : par exemple, le cœur n'en possède pas et est donc incapable de se réparer si besoin.
 
 
     On voit donc qu'il existe différentes sortes de cellules-souches, plus ou moins opérantes, plus ou moins recherchées et donc plus ou moins faciles à trouver. Précisons également que d'autres cellules sont capables de se différencier et de donner naissance à des lignées cellulaires particulières mais elles ont perdu la faculté de se reproduire à l'infini : en pareil cas, on ne parlera pas de cellules-souches mais de
cellules progénitrices (on en trouve un peu partout dans l'organisme d'un être vivant) beaucoup moins intéressantes.
 
 
 

Intérêt des cellules-souches
 
 
     Les cellules-souches, et ce d'autant qu'elles se situent plus tôt dans la Friedmann.jpgvie de l'individu, sont une  extraordinaire richesse potentielle puisque, à partir d'elles, on est en droit d'espérer la
réparation de n'importe quel tissu déficient ou abimé, voire plus peut-être. On comprend la frénésie qui s'est emparée d'une partie des spécialistes de la question (et des politiques mais sans doute pour d'autres raisons). Qui n'a jamais rêvé de voir, à l'instar de la salamandre citée plus haut, repousser un membre accidentellement disparu ? Est-ce possible ? Et, au fait, que peut-on espérer de ces cellules « miracles » ? La liste est longue et certainement pas exhaustive.
 
     En théorie, il paraît parfaitement envisageable de mettre en culture des cellules pluripotentes (les plus prometteuses) et obtenir une
source quasi-illimitée de tissus cellulaires. Du coup, la thérapie cellulaire devient possible dans un grand nombre d'affections qui se caractérisent précisément par l'altération de telle ou telle lignée cellulaire : on pense, bien sûr, à la maladie d'Alzheimer, à la maladie de Parkinson, aux maladies de la moelle osseuse mais aussi, pourquoi pas, à toutes celles qui bénéficieraient d'une réinjection de cellules « normales » comme les maladies cardiovasculaires, le diabète (cellules pancréatiques), la polyarthrite rhumatoïde, les atteintes cérébrales diverses, etc. etc. Ailleurs, on évoquera évidemment tous les types de brûlures, les nécroses par ischémie, les destructions post-radiothérapiques, les déficits enzymatiques... La liste est longue... et la mariée peut-être trop belle !
 
     L'intérêt de ces cellules ne s'arrête pourtant pas là : nous venons d'évoquer quelques unes des applications thérapeutiques venant spontanément à l'esprit mais les cellules-souches présentent également un intérêt majeur dans le domaine de la recherche fondamentale. On pourrait citer – entre autres – les avancées majeures qu'elles permettent d'entrevoir dans la sphère des
anomalies génétiques où elles permettraient d'étudier les processus de développement cellulaire et, par voie de conséquence, leurs anomalies : je pense ici d'abord à la trisomie 21, si fréquente, mais il existe, comme on s'en doute, bien d'autres sujets d'études génétiques. Les recherches sur le cancer, par la proximité de leurs caractéristiques (vitesse de reproduction, expression des gènes, etc.) avec les cellules néoplasiques pourraient également bénéficier de réelles pistes d'étude. On peut également citer la recherche sur le développement des premiers stades de l'embryogénèse ou, ailleurs, l'étude grandement facilitée des nouveaux médicaments puisque que l'on disposerait en pareil cas d'un matériel sûr et pratiquement illimité.
 
     Alors, ces cellules-souches sont-elles vraiment cette panacée tant recherchée ? Ce n'est hélas pas certain pour au moins deux types de raisons.
 
 
 

limitations potentielles à l'utilisation des cellules-souches
 
 
     La première des incertitudes concernant l'intérêt véritable des cellules-souches, et donc de leur utilisation à grande échelle, est d'ordre strictement médical. J'évoquais plus haut les similitudes existant entre ces cellules primordiales et les cellules cancéreuses : divisions rapides et illimitées, expression de certains gènes « réprimés » chez les cellules normales, activité biochimique cellulaire intense. Certaines études ont montré que les cellules-souches sont très certainement
à l'origine des cancers : ce sont, en effet, les seules à vivre assez longtemps pour pouvoir muter (ces mutations survenant au terme d'un certain nombre d'années d'évolution) alors que les cellules « normales » de l'organisme ne survivent que quelques semaines, un temps trop court.
 
     On sait à présent qu'il existe dans toutes les cellules des tissus de l'organisme un système d'autorégulation, appelé apoptose, qui les oblige à s'autodétruire après un certain temps d'activité, comme si l'Evolution avait introduit ce paramètre pour éviter d'éventuels dérapages. Ce mécanisme est en parfait équilibre avec la prolifération cellulaire normale et est indispensable à la survie des organismes pluricellulaires.
 
     Les cellules-souches, de part leur caractéristiques propres, ne sont pas inhibées par ce phénomène de mort cellulaire naturelle et ne sont donc pas limitées dans le temps : l'enjeu est par conséquent de contrôler cette apparente anarchie. Il s'agit là d'un problème sérieux qui nécessite encore beaucoup de travail, d'abord pour être certain du phénomène, ensuite pour le contenir s'il est vraiment effectif... On voit donc qu'il convient d'être prudent pour ne pas recréer, par exemple, des tissus dont la qualité irait exactement à l'inverse du but recherché.
 
     La seconde limitation à l'utilisation des cellules-souches est d'ordre
éthique et c'est d'ailleurs celle qui suscite le plus d'interrogations et de débats dans la communauté scientifique (et ailleurs !).
 
 
 

Problèmes éthiques
 
 
* le premier groupe de problèmes éthiques concerne
l'obtention des cellules-souches
 
     Comme on l'a déjà vu, ces cellules sont d'autant plus intéressantes que chim-res.jpgl'embryon sur lequel elles seront prélevées est jeune. Or, la technique de prélèvement détruit l'embryon d'origine afin d'obtenir et de mettre en culture les cellules visées. Que ce prélèvement provienne d'embryons surnuméraires (pour une FIV ou fécondation in vitro) et destinés à être secondairement détruits ou qu'il soit pratiqué d'emblée sur un embryon créé pour cela, les détracteurs de la technique dénoncent le fait que l'embryon est en pareil cas considéré comme un objet, un produit marchand et s'insurge « contre l'intolérable atteinte à la vie » tandis que les partisans de la technique proposent de considérer avant tout le résultat qui est la guérison de maladies autrement incurables.
 
     On a bien proposé d'utiliser des cellules-souches présentes dans le cordon ombilical d'un nouveau-né mais, outre que cette technique reste encore en développement, il est à peu près sûr, nous l'avons déjà évoqué, que les cellules obtenues n'auront probablement pas le potentiel de développement multiple des cellules prélevées plus tôt dans le développement embryonnaire.
 
     Alors, pourquoi pas des prélèvements à partir de "chimères" homme-animal, comme on peut le voir sur la photo ci-dessus (dont je reconnais qu'elle est volontairement provocatrice) ? En tout cas, un tournant éthique semble avoir été franchi puisque la Grande-Bretagne les autorise depuis 2007
 
 
     * deuxième type de problèmes :
des cellules-souches, en définitive, pour quoi faire ?
 
     On a déjà évoqué la création (ou recréation) de tissus endommagés ainsi que la mise en culture de lignées cellulaires destinées à compenser les déficits de certaines maladies dégénératives. Hors l'obtention des dites cellules (voir paragraphe précédent), il n'existe guère d'opposition à ces thérapies. De la même manière, le développement du
génie tissulaire (qui consiste à implanter des néofibres sur certains organes comme le cœur et ses vaisseaux) ne soulève pas de problèmes éthiques particuliers.
 
     Les tentatives de
thérapie génique sont plus discutées : corriger des organes anormaux par présence d'un gène muté est déjà plus contesté mais le vrai problème concerne les maladies génétiques transmises à l'œuf par ses parents. Dans ce dernier cas, pour éviter la maladie, on a recours à un clonage (transfert de noyaux cellulaires sur l'ovocyte de la mère) qui conduit au développement d'un embryon indemne de la maladie. Certaines personnes pensent ici qu'il s'agit d'une porte ouverte vers l'eugénisme, c'est à dire la sélection d'individus sur des critères particuliers à telle culture ou tel régime politique. Les autres, au contraire, expliquent qu'une telle technique serait forcément très encadrée pour empêcher les dérapages et que nombre de drames humains, atrocement douloureux pour les individus et fort coûteux pour la communauté, seraient alors évités. Le débat fait rage.
 
     Toutefois, un élément sur lequel s'accordent toutes les parties (pour le moment en tout cas) est l'interdiction nécessaire de tout
clonage reproductif (reproduction d'un individu exactement identique à lui-même) : l'ONU a d'ailleurs délibéré dans ce sens.
 
 
 
 
la situation actuelle
 
 
     Le moins que l'on puisse dire est qu'elle n'est pas claire. Il existe en réalité
quatre types de positions adoptés par les différents pays :
 
 
 
* ceux qui
autorisent les recherches sur l'embryon (et donc les cellules-souches) et le clonage thérapeutique (on a déjà dit que le clonage reproductif est, en théorie, interdit partout) ; il s'agit principalement des USA, du Canada, d'Israël, de la Chine et, en Europe, du Royaume-Uni, de la Belgique et de la Suède. Le Japon, tout en n'interdisant pas explicitement le clonage thérapeutique, le déconseille fortement.
 
 
* ceux qui
interdisent tout : en Europe, c'est le cas de l'Allemagne, de l'Italie, de l'Autriche, de la Pologne et de la Norvège. C'est également le cas de pratiquement tous les états d'Amérique du sud à l'exception du Brésil.
 
 
* ceux qui, tout en interdisant le clonage thérapeutique,
autorisent des recherches fortement encadrées : on trouve dans cette catégorie, l'Australie, le Brésil (interdiction du clonage mais autorisation des études sur les embryons congelés depuis au moins trois ans). En Europe, certains pays autorisent les recherches sur les cellules-souches embryonnaires : le Danemark, la Grèce, la Finlande, l'Estonie, la Lettonie, la Slovénie et la Suisse. Les Pays-Bas ont choisi d'instaurer un moratoire de 5 ans à l'issue duquel les recherches seront autorisées si les avancées médicales sont démontrées (mais ont déjà indiqué que par « être humain », il faut entendre un être « humain qui est né »...). L'Espagne et le Portugal cherchent à faire évoluer rapidement leur législation dans un contexte difficile, pour des raisons religieuses notamment. Quant à la France, elle a autorisé un dispositif dérogatoire de cinq ans. Pour notre pays, un rapport a été transmis au Premier Ministre de l'époque, Dominique de Villepin. Réalisé sous l'autorité du député du Val-de-Marne, le Professeur Fagniez, il conclue à la nécessité de réviser tous les cinq ans la loi relative à la bioéthique (www.enseignementsup-recherche.gouv.fr/rapport/rapportfagniez.pdf).
 
 
     * ceux qui
hésitent et sont encore en recherche de leur législation.
 
 
 

au total
 
 
     Il semble encore difficile de se faire une idée de l'intérêt des cellules-souches en médecine. Il est possible que les espoirs placés en elles soient exagérés comme paraissent le souligner quelques publications récentes. Ce n'est donc probablement pas la panacée évoquée plus avant dans le sujet. A l'inverse, il s'agit certainement d'une
voie d'avenir pour un certain nombre d'affections face auxquelles nous sommes actuellement désarmés.
 

     Le cas du clonage thérapeutique à des fins de thérapie génétique est certainement, d'un point de vue éthique, le plus délicat mais on sent déjà les différentes législations sur le point d'évoluer vers une plus grande souplesse. Il est vrai que les intérêts économiques sont gigantesques et que nos décideurs politiques doivent se dire qu'il serait irréaliste de laisser le champ libre au voisin puisqu'on sait que, au bout du compte, les véritables avancées scientifiques finissent toujours par imposer leur propre éthique.

 

     Et qui pourrait affirmer avec certitude que, dans l'atmosphère tamisée d'un laboratoire discret situé dans un pays à la législation aléatoire, on n'est pas déjà en train de réaliser ce que tous veulent interdire ? Alors, on se dit qu'il est peut-être préférable d'encadrer ce que l'on ne peut pas éviter.

 

 

 

 

 

 

Images

 

1. fœtus humain de quatre mois (source : www.retrouversonnord.be)

2. cellules souches embryonnaires de souris (sources : www.techno-science.net)

3. Théodore Friedmann, le père de la thérapie génique (sources : www.dopinginfo.ch)

4. bientôt des "chimères" animal-homme ? C'est autorisé en Grande-Bretagne depuis le 17 mai 2007. (sources :  institut-de-cognitique.blogspot.com/)

(Pour lire les légendes des illustrations, passer le pointeur de la souris dessus)

 

 

 

 

Addendum : cellules souches artificielles

 

   En novembre 2007, des biologistes japonais sont parvenus à créer des cellules souches artificielles à partir de la peau humaine et donc sans utiliser d'embryon... L'origine de ces cellules est par conséquent "éthiquement" correcte. De plus, ces cellules baptisées iPS sont assez faciles à obtenir. Il reste à s'assurer qu'elles ont le même potentiel que les cellules souches "naturelles" mais elles font déjà l'objet de nombreux travaux en thérapie génique et dans l'évaluation des médicaments. Parfaites alors puisque ne touchant pas l'embryon ? Pas tout à fait car elles peuvent également concerner les cellules germinales et, du coup, la reproduction asexuée se profile à l'horizon. Gros  problème éthique à venir !

(d'après Science & Vie, 1099, avril 2009) 

 

 

 

Mots-clés : CS totipotente - clonage - CS pluripotente - CS multipotente - cellules déterminées - CS unipotente - cellule progénitrice - anomalie génétique - embryogénèse - apoptose - fécondation in vitro (FIV) - génie tissulaire - thérapie génique -Théodore Friedmann - eugénisme - clonage reproductif - clonage thérapeutique 

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

 

 

 

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Mise à jour : 7 juillet 2009

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21 février 2008 4 21 /02 /février /2008 18:16

 

 

  

 

 

 

     « Joroan observait avec attention le soleil bleu qui s'apprêtait à disparaître derrière la colline escarpée. Depuis presque trois heures, son compagnon, le soleil rouge, s'était avant lui éclipsé. Du coup, la lumière ambiante, de bistre moyen, s'était parée d'un bleu étrange qui gommait les couleurs des terres et des montagnes. Il n'était pas facile pour un humain de se régler sur ces changements pourtant prévisibles mais toujours surprenants et Joroan n'avait dû qu'aux simulations d'entraînement de ne pas être totalement dépaysé. On disait même qu'à certaines périodes de l'année, probablement en fonction de l'éloignement respectif des deux binaires et d'éclipses plus ou moins complètes, la planète se paraît de teintes encore plus sauvages. Dans quelques minutes, l'obscurité allait se faire mais une obscurité elle-aussi inhabituelle, variable selon les heures et les endroits et donc d'autant plus traîtresse. »
                                                     (extrait du livre « Alcyon B »)
 

 

     Quel ciel étrange que celui d'une planète gravitant autour d'une étoile possédant un ou plusieurs compagnons stellaires ! Mais cela est-il possible dans un Univers qui ne serait pas seulement celui d'un auteur de science-fiction ? Je m'étais souvent posé la question puis, un jour, à la télévision, j'ai lu le point de vue d'un astronome très médiatisé (dont je tairai le nom) qui affirmait de façon péremptoire à peu près ceci (je le cite de mémoire) : « Il est tout à fait impossible qu'un système à plusieurs étoiles puisse posséder des planètes tournant autour de l'une d'entre elles et, a fortiori, de l'ensemble. En effet, ces planètes potentielles ne pourraient jamais maintenir une orbite stable et elles seraient soit rejetées vers l'un des soleils et donc détruites, soit évacuées du système vers le vide interstellaire. De plus, je peux affirmer que les forces d'attraction du système ne permettraient pas la création de tels astres ». Bon. Dommage pour les amateurs de science-fiction, me suis-je dit. De toute façon, il faudra encore bien du temps pour aller voir sur place si par hasard...

 

     C'était sans compter avec le génie de la Nature... et la curiosité des hommes. Depuis plusieurs années déjà, de nombreuses exoplanètes (voir glossaire et le sujet : planètes extrasolaires) ont été découvertes : plus de 1700 recensées en avril 2015. L'excellente revue Science & Vie a fait, en 2007, le point sur la question et, à cette occasion, a même cherché à décrire certaines d'entre elles, du moins à partir du peu que nous en savons. Je ne résiste pas au plaisir de citer quelques lignes de cette revue (Science & Vie, Hors-série 239, juin 2007) qui, je l'espère, me pardonnera la courte citation : « Trois soleils dans le ciel, voilà ce que découvrirait le visiteur de la planète HD 188753 A b, située à 140 années-lumière d'ici, dans la constellation du Cygne. Il s'agit d'une planète gazeuse à peine plus grosse que Jupiter qui tourne en un peu plus de 3 jours à seulement 6,6 millions de km de son soleil. Vue depuis cette planète, son étoile apparaît vingt fois plus grande dans son ciel que le Soleil depuis la Terre. Plus étonnant, un couple d'étoiles orangées tourne aussi autour de HD 188753 A (voir glossaire). Illuminée par ce système d'étoiles triples, l'exoplanète HD 188753 A b a été surnommée Tatooine par les astronomes, en référence à la planète où Luke Skywalker a grandi dans la Guerre des étoiles. »

 

     Il s'agit ici, bien sûr, d'une planète gazeuse et, qui plus est, très proche de son soleil mais elle a le mérite d'exister dans un système multiple. Nos outils d'observation ne sont pas encore suffisamment performants pour dénicher les petites planètes telluriques (comme la Terre) autour de ces soleils lointains mais je reste persuadé que ce n'est qu'une question de temps. Quoi qu'il en soit, l'astronome « expert » avait tort et l'auteur de science-fiction, sans le savoir, raison. Cela m'a donné l'idée de m'intéresser aujourd'hui à ces systèmes d'étoiles multiples qui doivent éclairer bizarrement les planètes qui s'y trouvent.

 

 



systèmes d'étoiles multiples

 

 
     D'emblée, il convient de préciser que je vais parler des étoiles doubles « vraies » (étoiles physiques) par opposition aux « fausses » (étoiles doubles optiques) qui ne paraissent proches que par un effet d'optique dû à la perspective (ces étoiles peuvent être en réalité très éloignées les unes des autres et ne sont, de toute façon, pas liées entre elles).


     Il existe des systèmes d'étoiles doubles, c'est à dire regroupant deux étoiles - qu'on appelle aussi étoiles binaires - et des systèmes d'étoiles multiples comportant trois, quatre voire plus d'étoiles liées les unes aux autres. Notons que ces dernières (plus de deux) sont quand même nettement plus rares que les binaires proprement dites. Quel que soit leur nombre, ces astres, liés par la gravitation, ont la particularité de tourner autour d'un point commun virtuel qui est la résultante des différentes forces d'attraction. Plus ces étoiles liées sont nombreuses et plus le calcul de leurs orbites respectives sera, on le comprend bien, compliqué.

 

 

 

  
nombre et formation des étoiles multiples

 

 
     Jusqu'à il y a peu, on pensait que la grande majorité des étoiles étaient doubles ou multiples. On a avancé le chiffre de 70% ce qui ne laisse que 1/3 des étoiles comme notre Soleil, c'est à dire solitaires. En fait, on est quelque peu revenu sur cette affirmation car s'il est vrai que la majorité des étoiles massives et brillantes sont doubles, cela est moins le cas des naines rouges qui forment le gros bataillon de l'armée stellaire. Reste que les étoiles doubles sont très nombreuses (environ 50% de l'ensemble des étoiles) et on peut se demander pourquoi. Pour cela, il faut comprendre leur mode de formation.


     Avant qu'une étoile n'apparaisse, il existe un immense nuage de gaz d'hydrogène dont une partie va se contracter sur elle-même, attirant de plus en plus de gaz et de poussières (voir le sujet : la formation des planètes). Les forces gravitationnelles augmentant avec la densité, il y a échauffement et condensation du nuage : la protoétoile rayonne d'abord dans l'infrarouge puis initie une réaction nucléaire si chaleur et masse sont suffisants. Une nouvelle étoile va alors « s'allumer ». Le nuage primordial, toutefois, n'est pas homogène et ses mouvements plus ou moins violents peuvent conduire à sa fragmentation : plusieurs parties du nuage peuvent aboutir à des étoiles dont la proximité les lient inéluctablement. En schématisant quelque peu, on pourrait presque dire que l'importance du nuage originel explique pourquoi les naines rouges qui sont de petites étoiles, plus petites que le Soleil, sont isolées tandis que les étoiles massives et supermassives ont des compagnons proches...

 

 



observation et classification des étoiles multiples

 

 
     En dépit du perfectionnement de nos outils d'observation, il reste difficile d'identifier les systèmes d'étoiles multiples dès lors qu'ils sont suffisamment éloignés de nous (C'est d'ailleurs totalement impossible en dehors de notre galaxie). On va donc chercher, comme toujours en astronomie lorsque l'observation directe est insuffisante, à s'en remettre à des preuves indirectes.

 
     Certaines étoiles présentent des variations de
magnitude (éclat apparent) mais selon un processus totalement différent des céphéides ou étoiles variables que nous avons évoquées dans un sujet précédent (voir sujet céphéides). Ici, il ne s'agit pas d'une réelle variation de la luminosité de l'étoile mais de l'éclipse mutuelle de deux étoiles dont les orbites se superposent à un moment donné : l'éclat le plus faible se produit lorsque l'étoile la moins brillante vient se superposer à la plus brillante (dans le cas contraire, on voit également une variation de magnitude mais plus difficile à discerner). On parle alors de binaires à éclipses. La plus célèbre de ces étoiles est Algol (de la constellation de Persée), un couple d'étoiles où la plus brillante, une géante bleue, est en partie occultée par son compagnon, un astre orangé. Il en existe d'autres comme la supergéante rouge en fin de vie, Antarès, que j'ai déjà évoquée dans un autre sujet, ou Sirius, géante rouge occultée par son compagnon, une naine blanche.

 
     Une autre façon d'identifier des binaires est de visualiser la soudaine
apparition d'une "nouvelle étoile", une " nova ". Il s'agit de la brusque augmentation de luminosité d'une étoile intervenant lors de sa fin de vie : est alors presque certainement concerné un système binaire associant une naine blanche (étoile compacte au cœur éteint) qui « capte » de la matière provenant de sa compagne. Le gaz arraché ne s'incorpore pas directement à la naine blanche mais forme un anneau brûlant autour d'elle (on parle alors de disque d'accrétion) qui explique les variations de luminosité observées.

 
     Signalons enfin les
binaires X : en pareil cas, il ne s'agit pas de variation de lumière visible mais d'un sursaut d'émission de rayonnement X correspondant lui-aussi à un transfert de matière entre une étoile encore en activité vers son compagnon qui est soit une étoile à neutrons, soit plus rarement un trou noir (voir sujet mort d'une étoile).

 

 

 

 
         
devenir des systèmes d'étoiles multiples

 

 
     Je faisais précédemment allusion à la complexité des orbites de ces étoiles liées. On peut comprendre que de tels systèmes deviennent instables à plus ou moins long terme. Au bout d'un certain temps d'évolution commune, ces systèmes ont tendance à se simplifier, c'est à dire à se séparer. Je fais ici allusion au fait que certaines étoiles dont les orbites se déséquilibrent peu à peu finissent par être expulsées du système dont elles font partie.

 

     Les américains utilisent un terme précis pour ces astres : ils parlent de « runaway stars », ce qui veut à peu près dire étoiles qui s'échappent ou qui s'évadent (en français, ces objets sont appelés : 'étoiles errantes ou erratiques"). En raison des puissantes forces à l'œuvre en la matière, ces étoiles sont expulsées à grande vitesse et c'est précisément cette caractéristique qui permet de les repérer. Il peut s'agir de la perturbation de l'orbite de l'intéressée par un troisième corps excitateur ou d'un choc entre une étoile à neutrons et sa compagne qui les projette à grande vitesse loin l'une de l'autre. Quoi qu'il en soit, la mise en évidence de la vitesse excessive d'une étoile (plus de 50 km par seconde) signe ce qui est probablement la conséquence d'un de ces cataclysmes.

 

 

 

 
beauté des étoiles doubles

 

 
     Le fait que coexistent dans le ciel d'une planète plusieurs étoiles de couleurs différentes doit être à la fois superbe et considérablement dérangeant pour des êtres comme nous que la théorie de l'évolution a sélectionné pour une lumière bien précise, celle du Soleil. Je me demande quand même ce que peut être la résultante lumineuse de l'exposition à un soleil rouge agrémenté dans le lointain d'une géante bleue ou bien d'une étoile orangée dont les compagnons seraient vert pour l'un et blanc pour l'autre...

 

     Simple rêveries évidemment puisque, outre le fait que nous ne savons pas quitter notre propre système solaire, il est peu probable que de tels mondes nous permettent jamais d'y survivre dans des conditions acceptables. A moins que des machines bardées d'équipements spéciaux ?

 

 

 

 

 

 

Glossaire

 
     * exoplanète : planète extérieure au système solaire et tournant en conséquence autour d'une autre étoile que le Soleil. Soupçonnées depuis longtemps (Giordano Bruno est mort sur le bûcher pour l'avoir affirmé trop tôt), elles n'ont été mises en évidence avec certitude que vers la toute fin du 20ème siècle. En novembre 2014, plus de 1700 d'entre elles ont été observées et répertoriées.

 
     * HD 188753 A désigne évidemment l'étoile puisque, le nombre de celles-ci étant infini, il paraît illusoire de vouloir les baptiser toutes d'un nom propre, théoriquement réservé aux plus importantes et/ou anciennement découvertes d'entre elles. Les planètes gravitant autour d'une étoile sont donc affublées de la même appellation chiffrée, agrémenté d'une lettre (ici « b ») selon leur place dans le système stellaire concerné. Il est à noter que les catalogues répertoriant les corps célestes sont très nombreux (plus de 5000 si on incorpore les catalogues dits « historiques »). En réalité, seuls quelques uns comme ceux de Messier, du télescope Hubble, etc. sont utilisés pour les objets généraux tandis que d'autres, plus spécialisés, regroupent par exemple les pulsars ou les étoiles binaires. L'appellation du corps céleste commence donc par un groupe de lettres qui donne le nom du catalogue retenu (M pour Messier, GSC pour Hubble, etc.). Ici, HD débutant l'appellation de l'exoplanète citée signifie Henri Draper Catalogue, une classification très en vogue, notamment aux États-Unis.

 

 

Images

 

1. étoiles doubles (vue d'artiste) (sources : www.futura-sciences.com)

2. étoile binaire (sources : http://fr.images.search.yahoo.com)

3. vue d'artiste d'un pulsar dans un système binaire (www.cenbg.in2p3.fr)

4. coucher de soleils sur une planète appartenant à un système d'étoiles doubles (vue d'artiste) (sources : www.techno-science.net)

(Pour lire les légendes des illustrations, passer le pointeur de la souris dessus)

 

 

Mots-clés : revue Science & Vie - planète tellurique - étoiles binaires - naine rouge - magnitude - céphéides - binaires à éclipse - Algol - Antarès - Sirius - nova - naine blanche - binaire X - étoiles à neutrons - trou noir - runaway stars 

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

 

 

 

 

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Mise à jour : 20 avril 2015

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21 février 2008 4 21 /02 /février /2008 16:55
  
 
 neandertal_cc.jpg
 
 
 
 
 
 
     Il y a à peu près 40 000 ans vivaient côte à côte en Europe deux genres d'hommes: Néandertal et Sapiens (anciennement appelé Cro-Magnon), ce dernier ayant seul subsisté et qualifiant par conséquent l'espèce que nous sommes. On sait aujourd'hui que, contrairement aux croyances anciennes, ces deux homo (homo neandertalensis et homo sapiens) n'étaient pas directement apparentés génétiquement mais de lointains cousins issus d'un ancêtre commun, probablement un homo erectus ayant vécu il y a 500 000 ans. Si la lignée des Néandertaliens ne s'était pas éteinte, quel monde serait actuellement le nôtre ? Comment se ferait la cohabitation de deux lignées humaines différentes, des lignées qui ne seraient pas interfécondes ? (Cette affirmation est toujours en discussion : voir "compléments" en fin d'article). Auraient-ils pu s'entendre ? Troublantes questions...
 
 
 

D'où venait Néandertal ?
 
 
     L'homme de Néandertal apparaît en Europe vers
– 400 000 ans environ. Puisque l'on sait aujourd'hui que son patrimoine génétique était sensiblement différent de celui de l'homo sapiens, on peut se demander quelle est sa réelle origine. Une bonne explication pourrait être celle d'une spéciation, c'est à dire le développement séparé d'une branche d'une même espèce (le plus souvent par isolement géographique) qui aboutit, par mutations successives, à l'apparition d'une nouvelle espèce ne pouvant plus être interféconde avec l'espèce de départ (mais, convernant Néandertal, quelques pourcents de son ADN ont été récemment retrouvés dans le patrimoine génétique d'Homo sapiens : voir en fin d'article).
 
     On pourrait alors avancer que Néandertal serait une sorte d'homo sapiens archaïque ayant migré dans le cul-de-sac géographique que représentait l'Europe et qu'il y aurait développé les particularités génétiques et anatomiques qui sont les siennes. On peut aussi prétendre que ce serait le descendant direct d'un homo erectus, ce dernier ayant donné un autre descendant, Sapiens. A vrai dire, seules les études génétiques à venir pourront trancher dans un sens ou dans l'autre mais, dans tous les cas, on s'oriente vers deux espèces génétiquement différentes  (ou encore pauvrement interfécondes).
 
 
 

Qui était-il ?
 
 
     L'Europe en ce temps-là, c'est à dire entre – 400 000 et – 40 000 ans avant J.C. était
froide. On comprend plus facilement pourquoi Néandertal qui avait dû s'adapter au climat présentait cette apparence robuste pour ne pas dire massive : un homme d'environ 1m65 (bien qu'il y ait eu des individus plus grands, jusqu'à 1m90 semble-t-il) pour un poids pouvant atteindre 80 à 90 kg, la femelle (femme ?) étant, elle, légèrement plus petite. Il possédait des membres assez courts avec des articulations plus marquées que celles de l'homme moderne tandis que sa cage thoracique était très large.
 
     Ce qui a surtout frappé les premiers observateurs est son crâne : quoique la neandandmod.jpgboîte crânienne soit d'un volume plutôt plus important que celle d'homo sapiens, ce qui retient d'abord l'attention, c'est un front bas relevé par une région sus-orbitaire proéminente tandis que la région de la face s'étendant entre les orbites et les dents est comme projetée en avant, donnant à un visage sans réelles pommettes une inclinaison en arrière et vers l'extérieur. Il n'en fallait pas plus pour que les premiers scientifiques ayant examiné ces fossiles concluent à un « hominidé archaïque » pour ne pas dire une espèce de singe à peine évolué. Ce n'est que bien plus tard que cet a priori culturel fut mis à mal lorsqu'on s'aperçut que Néandertal partageait avec son lointain cousin moderne des pratiques qui confinaient à une certaine spiritualité.
 
 
 
Néandertal, un homme à part entière ?
 
 
     De la plus simple bactérie aux animaux les plus évolués, il n'y a – on l'a déjà évoqué – qu'une différence de degrés et non de nature : tous appartiennent à la grande famille du vivant mais ce qui caractérise l'Homme, ce sont ses facultés cognitives plus développées dont certaines lui sont propres. Bien entendu, il n'est pas ici question d'affirmer que l'Homme, grâce à ces caractéristiques spéciales, est l'étape ultime d'une « évolution vers le progrès » défendue par certains égocentristes (voir le sujet
intelligent design). Disons plus simplement que la sélection naturelle a permis à l'Homme de développer des facultés intellectuelles uniques lui ayant autorisé une certaine adaptation à son univers ambiant tandis que les autres espèces vivantes ont privilégié des stratégies différentes.
 
     Quoi qu'il en soit, une des facultés principales de l'Homme est de pouvoir, plus que les autres animaux, se projeter dans le temps : il est ainsi, semble-t-il, le seul à posséder la faculté d'anticiper sa propre mort, encore que cela soit discuté par certains scientifiques (voir le sujet : la notion de la mort chez les animaux). Il comprend donc que le destin de tout individu, à commencer par le sien, est de disparaître un jour et, par voie de conséquence, il a entrepris une quête de spiritualité qui le distancie des tâches purement utilitaires des autres êtres vivants. Cette approche concerne bien sûr Sapiens mais aussi Néandertal.
 
     Bien qu'un ancêtre probable de Néandertal (homo heidelbergensis) ait été cité comme ayant eu un comportement particulier vis-à-vis de ses morts (cela reste à l'étude), c'est avec
Néandertal que les premières sépultures ont été mises en évidence. Elles datent d'environ – 100 000 ans et ont été découvertes au Proche-Orient, une aire de diffusion de Néandertal autre que l'Europe. Depuis, bien d'autres, notamment en France, ont été mises à jour. Toutefois, avant de nous intéresser à la pensée symbolique de Néandertal, revenons sur son implantation géographique et son mode de subsistance, ce qui permettra au passage de casser le cou à quelques idées reçues.
 
 
 
 
le monde de Néandertal
 
 
     Nous avons déjà dit que Néandertal, entre environ – 400 000 ans et – 35 000 ans av. JC, avait colonisé l'Europe actuelle et la partie la plus occidentale de l'Orient. Il faut d'abord remarquer qu'il s'agit là d'un territoire immense couvrant plusieurs millions de km2 s'étendant sur différentes aires écologiques et représentant à peu près le territoire colonisé en Afrique par Sapiens au même moment. Dans la durée, cette occupation couvre trois glaciations (et donc trois périodes interglaciaires) où
les changements de climat ont été considérables, bien plus importants au demeurant que l'éventuel effet de serre actuel : il y a survécu sans problème.
 
 
 repartition-neandertal-copie-1.jpg
 
 
     On a avancé que Néandertal était un charognard car incapable, de par un équipement inadapté, de pratiquer la chasse. En réalité, si parfois il se nourrissait peut-être de cadavres d'animaux (mais comme son cousin Sapiens), c'était
surtout un chasseur qui n'hésitait pas à s'attaquer à des animaux redoutables comme le mammouth, l'ours ou le rhinocéros laineux. Les études comparatives pratiquées en Europe ont uniquement montré que Néandertal chassait plus près de son lieu de résidence alors que Sapiens recherchait ses proies parfois assez loin : une moindre mobilité qui ne remet pas en cause le caractère moderne de ses habitudes de chasse.
 
     Pour chasser, il faut des armes adaptées et, justement, on a longtemps pensé que Néandertal ne savait produire que des outils élémentaires, obtenus facilement en peu d'opérations de fabrication. Ce qui allait bien avec l'absence de véritable pensée conceptuelle qu'on lui octroyait. Il s'agissait là aussi d'un a priori (ou disons, pour être généreux, d'une insuffisance d'informations) : Néandertal était capable de fabriquer des
objets complexes comme des lances en bois (ayant donc nécessité un long travail de rabotage et de raclage), voire même des outils composites. A l'inverse de Sapiens qui fabriquait des pointes de pierre et d'os légères capables d'être projetées de loin et à grande vitesse, Néandertal privilégiait des pointes à la base ample et épaisse à emmancher sur un support large, et donc lourd, mais possédant une force de pénétration intense à courte distance : plus qu'une inadaptation à une certaine forme de chasse dynamique, on doit plutôt voir là des stratégies différentes. En somme, il s'agit d'adaptations distinctes probablement également efficaces selon l'usage retenu et qui traduisent plutôt des différences culturelles.
 
 
 
 
Néandertal et la pensée conceptuelle
 
 
     On pensait classiquement que les innovations culturelles de Néandertal remontaient à ses contacts avec Sapiens, vers – 40 000 ans av. JC. Outre le fait que la technologie des Néandertaliens tardifs est originale, ne montrant que peu de similitudes avec les techniques de Sapiens, on a retrouvé des objets « modernes » fabriqués par lui et précédant de plusieurs milliers d'années l'arrivée de Sapiens sur son territoire : il s'agit donc de traditions culturelles autonomes locales prouvant au contraire que Néandertal était en train de réaliser une approche personnelle vers la technologie du paléolithique supérieur.
 
     Les sépultures du
paléolithique moyen mises à jour sont pour la plupart sepulture-neandertal.jpgclairement néandertaliennes et elles étaient enrichies par des offrandes (outils, os gravés, etc.), des fragments de colorants récoltés parfois loin du site et les positions particulières des corps. Certainement moins élaborées que les sépultures ultérieures de Sapiens, ces lieux funéraires traduisent une recherche et une attention incontestables : comment dès lors leur refuser une pensée symbolique ?
 
     Bien qu'ayant utilisé des pigments (montrant leur utilisation sur des supports souples comme la peau et donc forcément symboliques), Néandertal n'a que peu laissé de traces figuratives mais, à y regarder de plus près, c'est également le cas de Sapiens dont les réelles traditions picturales datent de
l'aurignacien, une époque qu'on peut situer vers – 30 000 ans av. JC (à l'exception notable de parures dans des sites africains remontant à – 70 000 ans).
 
     Plus que l'explication traditionnellement (et anciennement) avancée d'une population néandertalienne ayant « progressé » au contact de l'homme moderne, on s'oriente à présent vers des
évolutions parallèles même si les innovations culturelles ont varié selon ces populations.
 
     Lors du contact entre Néandertal et Sapiens, chaque espèce avait donc ses traditions particulières et son savoir personnel. Pourtant, après une dizaine de milliers d'années de vie côte à côte, les premiers ont disparu sans laisser de descendants : en a-t-on une explication ?
 
 
 
 
la fin de l'homme de Néandertal
 
 
     A l'arrivée de Sapiens venu d'Afrique, Néandertal occupait, comme on l'a déjà dit, l'Europe et une partie du Proche-Orient. Pourtant, quelques milliers d'années plus tard, on n'en retrouve plus trace que de façon
périphérique : dans la péninsule ibérique et en Croatie. Que lui est-il donc arrivé ? Plusieurs hypothèses ont été avancées par les scientifiques dont aucune ne semble parfaitement convaincante.
 
  
a.
il aurait succombé à des épidémies, peut-être d'origine tropicale et peut-être véhiculées par Sapiens qui y aurait été résistant. Cette hypothèse paraît peu crédible puisque les deux espèces ont coexisté durant plusieurs milliers d'années (au moins 5 000 ans, voire 10 000, ce qui, rapporté à notre présent, nous place à une époque plus ancienne que celle de l'ancien empire égyptien...) : une aussi longue durée cadre mal avec cette explication.
 
  
b. une
baisse soudaine de sa fécondité ou l'apparition d'une surmortalité naturelle (ou les deux associées). Il s'agit là de suppositions invérifiables mais, surtout, on comprend mal pourquoi Néandertal, et lui seul, aurait été la victime de tels phénomènes.
 
  
c. un
brutal changement du climat : il est vrai que la période considérée (vers – 40 000 à – 30 000 ans) a vu un climat plutôt incertain mais jamais de véritable réchauffement majeur et les scientifiques, aujourd'hui, ont pratiquement abandonné cette hypothèse. Reste la possibilité de modifications de l'environnement et/ou des problèmes de subsistance mais lesquels et pourquoi n'ont-ils pas affecté Sapiens ?
 
  
d. la
consanguinité : une baisse démographique conduisant à la raréfaction des individus disponibles et encourageant la reproduction entre parents proches pourrait expliquer une dérive génétique délétère mais alors pourquoi une telle baisse démographique ?
 
 
 e. le métissage avec Sapiens : c'était jadis l'hypothèse privilégiée mais qui, on l'a déjà dit, a été pratiquement abandonnée depuis l'apport des études génétiques récentes montrant un trop grand éloignement entre ces deux homo d'espèces différentes (et donc leur impossibilité à avoir des descendants communs). Cette notion est rediscutée en 2012 (voir ci-dessous la brève 2 et les compléments).
 
 
f.
la compétition avec Sapiens : il ne s'agit en tout cas pas de bataille directe puisque on n'a jamais trouvé de sites exposant les fossiles mutilés des protagonistes ce qui n'aurait pas manqué de se produire en cas de confrontations violentes et multiples. Peut-on alors envisager une compétition au seul niveau des ressources alimentaires qui d'évidence ne sont pas inépuisables ? Une supériorité culturelle, même modeste, de Sapiens aurait elle pu induire le reflux progressif de Néandertal vers le sud de l'Europe et sa disparition par amoindrissement démographique progressif ? Pas de réponse franche.
 
 
     Aucune explication n'est donc définitivement convaincante (et peut-être d'ailleurs sont-elles intriquées). Nous sommes obligés de reconnaître que la disparition de Néandertal reste encore pour nous un
mystère.
 
 
 
Néandertal et Sapiens auraient-ils pu continuer à vivre ensemble ?
 
 
     Contrairement aux anciennes idées des années 60, deux espèces d'hommes ont effectivement vécu ensemble durant un certain temps sur notre bonne vieille Terre. Nous ne savons pas quels furent leurs rapports exacts, ni même s'il y en eut vraiment. Ce qui apparaît en revanche comme à peu près certain, c'est qu'ils furent
culturellement proches et que nous ne savons pas vraiment pourquoi l'un (c'est à dire nous) a survécu et l'autre non. Comme je le faisais remarquer au début de ce sujet, cette cohabitation temporaire nous pose une question vraiment intéressante : quelle aurait été l'histoire et la structure du monde, de notre monde, si nous avions dû le partager avec une autre espèce d'homme, un homme suffisamment proche de nous pour que nous ayons pu construire des univers culturels parallèles mais néanmoins suffisamment éloigné pour que nous n'ayons probablement pas pu avoir de descendants communs ?
 
     Le point de vue optimiste suggère un enrichissement des deux partis et ce d'autant que nos points de vue auraient été forcément sensiblement différents, chacun apportant en somme à l'autre une part de son expérience, un peu à la manière de deux amis confrontés à un même problème... Le point de vue pessimiste, lui, insiste sur l'inévitable compétition de deux espèces rivales avec son lot d'incompréhension, de méfiance, de haine peut-être, et son cortège concomitant de guerres, de destructions et de morts. Je pense, pour ma part, que la réalité se serait probablement située entre les deux mais vous, vous situez-vous plutôt du côté optimiste ou du côté pessimiste ?
 
 
 
 
 
Images 
 
1. l'homme de Néandertal (sources : www.dinosoria.com/)
2. crânes de Néandertalien (à gauche) et de Sapiens (à droite)
(sources : www.arts.ualberta.ca)
3. aire de répartition de Neandertal (sources : Jean-Luc Voisin, www.hominides.com/)

4. sépulture de Néandertalien dite de  l'Homme de la Chapelle-aux-Saints (sources : www.neandertal-musee.org/

(Pour lire les légendes des illustrations, passer le pointeur de la souris dessus)


 

 
 
 Brève 1 : pourquoi Néandertal a-t-il disparu ?
 
     Epidémie, changement climatique, compétition avec homo sapiens... la disparition de l'homme de Néandertal reste une énigme. Cependant, l'hypothèse climatique pourrait-être caduque si l'on en croit l'équipe franco-américaine de William Banks, archéologue au CNRS. Pour reconstituer les conditions climatiques de l'époque, les chercheurs ont recouru au modèle informatique utilisé pour prédire l'impact des changements climatiques sur la biodiversité. "Pour chaque site archéologique attribué à l'homme moderne et à Néandertal nous avons ainsi reconstitué la niche écologique (les conditions environnementales) de chaque population. Puis nous avons introduit dans l'algorythme le changement climatique survenu à l'époque de la disparition de Néandertal de façon à prédire l'évolution de chaque niche. Or, bien que sa niche semble maintenue - et donc sa survie - sa répartition géographique s'amenuise, jusqu'à la disparition" explique William Banks. Pour le chercheur, ce serait donc la compétition avec l'homme moderne qui aurait provoqué cette extinction. Reste qu'il s'agit d'une théorie construite à partir d'un modèle de climat... lui-aussi théorique.
(Science & Vie, 1098, mars 2009)
   
 
 
 
Brève 2 : approche génétique de la disparition de Néandertal
 
     En étudiant l'évolution de l'usure de leurs outils et grâce à un modèle informatique, l'anthropologue américain Michael Barton a simulé les déplacements de Sapiens et Néandertal. Partant d'une "carte" de l'Europe il y a 60 000 ans, il montre qu'en 1500 générations les deux humanités ont augmenté leur rayon d'action... jusqu'à se rencontrer. Son équipe a alors simulé l'évolution des deux populations et de leurs hybrides potentiels sur 1 500 générations dans diverses situations. Ils ont ensuite confronté les résultats aux rares éléments disponibles (dont les 4% d'ADN néandertaliens nichés au coeur du nôtre - voir compléments ci-dessous). Avec des Néandertaliens mieux adaptés mais moins nombreux, la simulation débouche... sur la disparition de Néandertal et de ses hybrides. Ce phénomène, quoique contre-intuitif, est bien connu en biologie de la conservation sous le nom "d'extinction par hybridation". Il est dû à l'effet de taille des populations concernées. Il est donc possible que Néandertal ait disparu non par les armes mais en vertu des lois de la génétique des populations.
(d'après Science & Vie, n° 1134, mars 2012)
 
 
 
 
Brève 3 : Néandertal nous a légué ses outils
 
 
       L'homme de Néandertal aurait transmis sa technologie à l'homme moderne ! Des archéologues français et allemands ont découvert sur deux sites de Dordogne où vivaient des néandertaliens il y a 50 000 ans, des fragments d'outils en os de cervidés ayant servi à façonner des peaux. Des lissoirs comparables à ceux des tanneurs actuels. Selon les archéologues, ce sont les plus vieux outils en os trouvés à ce jour en Europe occidentale et utilisés bien avant l'arrivée de l'homme moderne en Europe il y a environ 40 000 ans.
Science & Vie, 1153, octobre 2013, p.20
 
   
 
Compléments : de récentes études génétiques (2010) montreraient qu'une partie de notre patrimoine génétique (1 à 4% non codants) serait d'origine néandertalienne : pour plus de renseignements, voir le sujet : DE L'EVOLUTION : les humains du paléolithique
 
 
 
 
 
Mots-clés : Néandertal - homo sapiens - homme de Cro-Magnon - spiritualité - spéciation - sélection naturelle - glaciations - pensée conceptuelle - chasse - outils - sépultures préhistoriques - aurignacien - compétition interspécifique 
 (les mots en blanc renvoient à des sites d'informations complémentaires)
 
 
 
 
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Mise à jour : 22 novembre 2015

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21 février 2008 4 21 /02 /février /2008 16:43

 

 
 
 
 
                      Anneau de matière noire dans l'amas de galaxies Cl 0024+17
 
  
 
 
      Dans un sujet précédent, cherchant à situer le Soleil dans notre Galaxie (voir sujet), j'avais avancé pour la masse de cette dernière le chiffre de 700 milliards de masses solaires, un chiffre qui semble retenu par la majorité des astronomes.
 
     En effet, on sait qu'il existe un équilibre entre l'attraction gravitationnelle des régions intérieures de la Galaxie et la force centrifuge en rapport avec la rotation de l'ensemble. Il suffit alors de comparer les variations de cette rotation avec la distance au centre pour estimer la masse de l'ensemble et même pour connaître la répartition de ces masses. C'est là que les différents observateurs ont été confronté à une énorme surprise : si l'on additionne la somme des masses des étoiles et des gaz observables, on reste incontestablement bien loin du compte... et on a donc été obligé de conclure que la plus grande partie de cette masse correspond à une matière non visible, inconnue, qu'on a baptisée « matière noire » puisque l'on n'en connaît pas la nature. De quoi s'agit-il exactement ? De trous noirs ? De naines brunes (voir sujet mort d'une étoile) ? De particules dites « exotiques » parce que non encore identifiées ? Mystère. Si j'ajoute que le même phénomène se retrouve pour toutes les galaxies, on comprendra facilement que l'élucidation de cette énigme est une des questions fondamentales agitant le petit monde de l'astronomie.
 
 
 
un peu d'histoire
 
 
     Tout débute en 1933. A cette époque pas si lointaine, un astronome suisse du nom de Fritz ZWICKY (1898-1974) s'intéresse à un groupe de sept galaxies dans l'amas de Coma. Il cherche à en estimer la masse en étudiant la dispersion des vitesse de ces galaxies. Il a la surprise de constater que ses calculs montrent des vitesses bien plus élevées que celles auxquelles on aurait pu s'attendre : la masse totale calculée qui en découle est 400 fois plus importante que la masse lumineuse relevée. Il refait encore et encore ses calculs mais aboutit toujours au même résultat.
 
     Il transmet évidemment ses observations à ses collègues mais il n'est guère pris au sérieux. Il faut dire que cet astronome est un peu particulier. Zwicky est en effet alors bien connu de la communauté scientifique pour son caractère difficile et ses théories parfois farfelues (des foules d'anecdotes plutôt étranges circulaient sur lui). Comme de plus, l'époque était à l'imprécision des mesures et à la méconnaissance de ce que pouvaient être des objets massifs comme les trous noirs, les étoiles à neutrons et autres naines brunes, on ne s'intéressa pas à son observation qui fut oubliée pendant presque un demi-siècle.
 
     Nous voici à présent dans les années 70. Une astronome américaine, Vera RUBIN, fascinée depuis son plus jeune âge par les étoiles, s'intéresse à la galaxie d'Andromède M31 et s'aperçoit que les étoiles situées à sa périphérie tournent bien plus vite qu'elles ne devraient : normalement, en s'éloignant du centre de la galaxie, on devrait observer un ralentissement de plus en plus conséquent des vitesses de rotation des étoiles or celles-ci restent pratiquement identiques. Il ne s'agit pas d'une erreur d'observation de l'astronome puisque, peu après, d'autres observations viennent confirmer ce qu'a calculé Vera Rubin. Problème. Comment imaginer que les étoiles qui composent les galaxies puissent s'affranchir des lois de la gravitation ? La seule explication possible est que « quelque chose » empêche les étoiles de ralentir ou, dit autrement, que ces astres ne sont pas vraiment à la périphérie de la galaxie, qu'elles sont encore suffisamment près de son centre pour ne pas être vraiment ralentie. Il existerait donc un halo bien plus large que celui que l'on peut voir...
 
 

nature de la matière noire
 
     Les astronomes se doutaient bien qu'un grand nombre d'objets comme, par exemple les naines brunes, ne sont pas observables avec nos méthodes d'observation actuelles en raison de leur trop faible luminosité. Toutefois, la masse nécessaire pour expliquer le phénomène est bien trop importante pour expliquer la différence observée. Il y a forcément autre chose mais quoi ?
 
     L'hypothèse la plus logique est que ce que nous voyons des galaxies n'est qu'une partie de ce qu'elles sont réellement : nous ne distinguerions que leurs centres mais pas les immenses quantités de matière invisible regroupées à leurs périphéries. Plus encore, en observant les mouvements des galaxies les unes par rapport aux autres, là aussi, les observations montrent qu'il doit exister des quantités importantes de cette matière dans l'espace intergalactique... Soit. Mais quelle est donc la nature réelle de cette matière invisible ? Disons-le d'emblée : on n'en sait rien.
 
     De nombreux candidats ont été proposé sans preuves convaincantes. On s'est d'abord tout naturellement tourné vers la matière ordinaire :
 
  
     *
des nuages de gaz : il est vrai que, dans les années 90, les nouveaux moyens d'observation satellitaires ont mis en évidence la présence de très grandes quantités de gaz ionisé (voir glossaire) dans les galaxies, du gaz très chaud et invisible. Est-ce la fameuse matière noire ? Hélas, bien au contraire ils sont la preuve indirecte de la présence de matière noire périphérique, seule à même d'expliquer pourquoi ils ne peuvent s'échapper de la galaxie...
 
  
     * les
objets compacts n'émettant pas de lumière : on pense ici aux naines brunes (étoiles avortées) déjà signalées ou aux naines blanches (résidus d'étoiles). Malheureusement, ces objets, eux-aussi, ne sont pas en nombre suffisant pour expliquer les observations.
 
  
     *
les trous noirs : notamment les trous noirs supermassifs pourraient être de bons candidats... sauf qu'il en faudrait énormément dans chaque galaxie et que, dans ce cas, on verrait bien plus de conséquences sur les étoiles qui les entourent.
 
  
     Faute de prétendants sérieux avec la matière connue, certains se sont tournés vers une matière inconnue, dite exotique, composée d'éléments très particuliers comme les
neutrinos ou les WIMP (voir glossaire). Toutefois, avant de conclure, faudrait-il encore que l'on ait pu détecter et mettre en évidence ces particules... si particulières.
 
     Enfin, poussant le raisonnement jusqu'à la limite, certains astronomes ont décidé d'affirmer que si l'on ne pouvait pas détecter cette hypothétique matière noire, eh bien c'est qu'elle n'existe tout simplement pas ! Oui, mais alors comment expliquer les observations sur la rotation excessive des étoiles et des galaxies ? Tout simplement par le fait que les lois de la physique ne s'appliquent pas dans ce cas et qu'il faut les réinventer... Une opinion qui, on s'en doute, n'a pas l'aval de la majorité des scientifiques.
 
     Comme on peut le comprendre, le moins que l'on puisse dire est qu'il n'existe pas de consensus au sein de la communauté scientifique. Il faudra probablement bien plus d'observations et de savants calculs pour expliquer ce mystère, l'un des principaux défis posés à l'astronomie moderne.
 
 
 

l'énergie sombre
 
 
     Comme si toutes ces questions sans réponses ne suffisait pas, voilà que vers la toute fin du siècle dernier, grâce au perfectionnement des méthodes d'observation (notamment la mesure affinée des supernovas et de la cartographie du fond diffus cosmologique, (voir sujet fond diffus cosmologique), les scientifiques sont arrivés à la conclusion qu'il existait une accélération de l'expansion de l'univers.
 
    Le modèle d'Einstein d'univers statique avait été abandonné depuis longtemps (en fait depuis les observations de Hubble sur la fuite des galaxies) et on savait l'univers en expansion. Toutefois, le bon sens voulait que, en raison de la gravitation, cette expansion diminue, même très faiblement. Patatras : l'accélération de cette expansion vient tout remettre en question. Du coup, on a bien été obligé d'introduire la notion d'une force répulsive universelle s'opposant à la gravitation, force baptisée « énergie sombre » (à ne pas confondre avec la matière noire évoquée plus haut). On entre ici dans le domaine de la cosmologie, c'est à dire l'étude de l'univers et de son devenir : selon la nature exacte de l'énergie sombre, l'univers ira à terme soit vers une accélération de son expansion et à sa dislocation, soit vers un ralentissement si la gravité arrive à contrebalancer cette énergie sombre.
 
     Pour l'heure, compte tenu de nos connaissances, c'est plutôt le premier scénario qui semble s'imposer. Mais les chiffres sont intéressants : on estime que l'énergie sombre représente environ 70% de l'univers, la matière noire évoquée plus haut environ 25% tandis que l'univers qui nous est connu (les étoiles, les galaxies, les nuages de gaz visibles, etc.) ne représente que 5% de l'ensemble (voir "brêve" ci-après). Si je compte bien, cela veut dire que 95% de l'univers nous est inconnu : quel extraordinaire défi pour les scientifiques des temps à venir !
 
 
 
 
 
 
 

Brêve : le satellite Planck confirme et précise ce que l'on sait de la composition de l'Univers (mars 2013)

 

    Après avoir cartographié le ciel dans toutes les directions entre l'été 2009 et janvier 2012, le satellite européen Planck a permis la publication d'une photographie époustouflante du fonds diffus cosmologique, complétant celle de 2003 de la NASA. Plus encore, le satellite Planck a permis d'affiner nos connaissances des premiers instants de l'Univers en recalculant tous les paramètres cosmologiques. On peut donc aujourd'hui affirmer que 1. l'Univers est âgé de 13,82 milliards d'années, que 2. il est composé de 4,9% de poussières, gaz et galaxies, de 26,8 % de matière noire et de 68,3 % d'énergie sombre. Planck nous confirme également que l'Univers est bien en expansion mais en précisant qu'il s'étend à la vitesse de 67 km par seconde...

      Au delà de ces chiffres qui, déjà en eux-mêmes, sont un exploit, le satellite Planck nous conforte dans l'idée que le modèle cosmogonique standard de l'Univers est bien celui auquel il faut se référer (confirmation du Big bang, de l'inflation, etc.)..

     Et dire que la plus grande partie du décryptage de cette moisson de nouvelles données est à peine ébauché !

     On trouvera l'image rapportée par le satellite Planck à l'adresse suivante : http://www.cieletespace.fr/node/10241

 
 
 
 
Glossaire (sources Wikipedia France)
 
     * ionisation : c'est la faculté pour un atome de ne plus être électriquement neutre par la perte ou l'ajout d'une charge, en l'occurrence un électron. De ce fait, l'atome résultant est appelé un ion. Un rayonnement ionisant quant à lui est un rayonnement qui produit des ionisations dans la matière qu'il traverse.
 
   * neutrino : le neutrino est une particule élémentaire du modèle standard de la physique des particules. Longtemps sa masse fut supposée nulle. Toutefois, des expériences récentes (Super-Kamiokande) ont montré que celle-ci, bien que très petite, est différente de zéro. L'existence du neutrino a été postulée pour la première fois par Wolfgang Pauli pour expliquer le spectre continu de la désintégration bêta ainsi que l'apparente non-conservation du moment cinétique.
 
  * WIMP : en astrophysique, les WIMPs (acronyme anglais pour « particules massives interagissant faiblement ») forment une solution au problème de la matière noire. Ces particules interagissent très faiblement avec la matière ordinaire (nucléons, électrons). C'est cette très faible interaction, associée à une masse importante (de l'ordre de celle d'un noyau atomique), qui en font un candidat crédible pour la matière noire.
 
 
 
Images
     
1. Anneau de matière noire dans l'amas de galaxies Cl 0024+17; photo prise par le télescope hubble (sources :  www.techno-science.net/)
2. galaxie spirale M83 (NGC5236), dite "the southern pinwheel", c'est à dire, en argot américain,  "l'hélicoptère du sud" (sources : enugmis.wordpress.com/)
3. une répartition de la matière dans l'Univers ? (sources : astronomienfolie.free.fr)
(Pour lire les légendes des illustrations, passer le pointeur de la souris dessus)
  
 
 
Mots-clés : Fritz Zwicky - Vera Rubin - galaxie d'Andromède - halo galactique - naines brunes - galaxies - gaz interstellaire - naines blanches - trous noirs - neutrinos - WIMP - fonds diffus cosmologique - expansion de l'univers 
 
(les mots en blanc renvoient à des sites d'informations complémentaires)
 
 
 
 
 
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21 février 2008 4 21 /02 /février /2008 16:24

 

 oeil.jpeg

 

anatomie de l'oeil humain (sources :  snof.org)

 

 

     Dès le début, les opposants à la théorie de l'évolution ont été nombreux : certains le furent pour des raisons essentiellement religieuses mais d'autres, notamment de brillants scientifiques, parce qu'ils n'arrivaient pas à concevoir que l'on puisse aboutir « par hasard » à des organes complexes. Pour ces derniers, point d'évolution gérée par le hasard et la sélection naturelle, mais une obligatoire finalité : en effet, comment imaginer, par exemple, que l'on puisse, sans aucun plan préétabli, aboutir à la perfection de l'œil, organe-type souvent cité par eux ?

 

     Darwin lui-même s'interrogea longuement sur la question lorsqu'il fit paraître son livre « l'origine des espèces » : “To suppose that the eye, with all its inimitable contrivances for adjusting the focus to different distances, for admitting different amounts of light, and for the correction of spherical and chromatic aberration, could have been formed by natural selection, seems, I freely confess, absurd in the highest possible degree", affirme-t-il. (Imaginer que l'œil, avec toutes ses dispositions inimitables lui permettant d'ajuster le foyer à des distances diverses, d'admettre des quantités variables de lumière et de corriger les aberrations sphériques et chromatiques, puisse avoir été formé par la sélection naturelle, semble, je le reconnais volontiers, absurde au plus haut degré).

 

    Oui, vraiment, comment peut-on prétendre qu'un organe aussi complexe ait pu résulter de l'accumulation au fil de millions d'années d'une succession de multiples petites améliorations ? Comment admettre que ce petit « miracle » de l'évolution ait pu se reproduire à la fois pour les yeux à facettes des arthropodes ou pour les yeux camérulaires (en forme de petite loge) des céphalopodes et des vertébrés? La sélection naturelle peut-elle réellement expliquer une telle complexité sans que, au départ, il n'y ait eu la notion de ce à quoi on arriverait ? La réponse paraît difficile. Pour comprendre, il faut revenir sur l'évolution de l'œil.

 

 

 


évolution de l'œil

 

 
     Rappelons-nous d'abord les
millions d'années écoulées depuis l'apparition de la première ébauche de ce qui allait conduire à l'œil : seulement quelques cellules photosensibles dans un épithélium quelconque. S'en suivirent des millions d'années d'essais divers, d'erreurs génétiques, de « progrès » et de retours en arrière peut-être : sans cette dimension temporelle immense et que l'on a du mal à imaginer, on ne peut pas concevoir les tâtonnements successifs de la Nature.

 
     La complexification de l'organe oculaire des animaux s'est donc réalisée progressivement, au cours de ces millions d'années, avec des résultats forcément différents puisque les espèces se sont séparées les unes des autres au fil du temps. Certaines caractéristiques ont disparu alors que d'autres se sont spécialisées. Par exemple, quelques mammifères continuent à percevoir
l'ultraviolet (un rat de l'hémisphère austral a encore le gène le lui permettant) alors que la majorité d'entre eux a un spectre visible qui ne s'étend plus que du bleu au rouge (nous y reviendrons). Qu'observe-t-on aujourd'hui ?

 

  
          * les
invertébrés ont des yeux allant d'un simple organe sensoriel à des yeux voisins de ceux des vertébrés


     J'évoquais précédemment le début : quelques cellules photosensibles. Ce type de structure rudimentaire existe toujours chez certaines algues comme les euglénophytes (algues des piscines). Toutefois, les êtres vivants possédant les yeux les plus simples sont les méduses ; chez elles, l'organe de la vision n'est qu'un conglomérat de cellules pigmentaires reliées à des cellules sensorielles.

 
     Chez les
arthropodes (insectes, crustacés, etc.), on trouve deux types de structures de vision, les ocelles qui sont des yeux simples constitués de cellules photosensibles et les yeux à facettes qui peuvent comprendre plusieurs milliers « d'unités de vision ». Ici, la « vision » est la résultante de la superposition des images parcellaires fournies par les facettes.

 
     Les
céphalopodes (calmars, pieuvres, sèches, etc.) possèdent des yeux plus évolués, voisins des yeux des vertébrés, ce qui leur confère une assez bonne vision. Notons au passage que chez le nautile dont l'espèce, en revanche, n'a pas évolué depuis des millions d'années, l'œil est resté un organe rudimentaire.

 

  
          * les
vertébrés ont tous des yeux dont la structure est voisine de celle de l'homme

 
     . Les
poissons ont une cornée aplatie avec un cristallin sphérique et rigide de sorte qu'ils peuvent surtout bien voir les objets proches.

 
     . Les
oiseaux quant à eux ont des yeux allongés d'avant en arrière ce qui leur permet d'apercevoir plus facilement les objets éloignés (et on sait, par exemple, que les rapaces ont une vision très pointue).

 
     . Les
mammifères ont des système de vision très voisins mais avec des adaptations propres à chacun d'eux : nous en reparlerons plus tard.

 

     Au total, que de visions différentes ! La question qu'on peut légitimement se poser est donc de savoir si elles ont quelque chose en commun.

 

  
          *
les organes de la vision, une origine commune

 

     Selon le type d'animal que l'on observe, on reste perplexe face à l'apparente diversité des solutions, anatomiques et fonctionnelles, trouvées pour réaliser la vision, ce moyen indispensable à un individu pour identifier le monde dans lequel il vit. On a d'abord l'impression que chaque espèce animale représente un aboutissement qui lui est propre. Puis, en approfondissant un peu, on se rend compte d'un certain nombre de similitudes, de ressemblances, à commencer par la façon dont les stimuli sensoriels sont transmis au cerveau (il y avait certainement d'autres façons de résoudre le problème). Par ailleurs, ces organes de la vision sont d'autant plus variés que les espèces sont éloignées les unes des autres d'un point de vue évolutif, comme s'il s'agissait d'adaptations successives au fil du temps à des milieux différents. Comment prouver pourtant qu'il existe une authentique unité à l'apparition de la vision chez les êtres vivants ?

 

 

 

 
unité de l'évolution de l'œil

 

 
     Les scientifiques ont pu montrer qu'un seul gène suffit pour déterminer la fabrication de l'œil et, de plus, que ce gène est le même chez la souris, le calmar et la mouche à vinaigre. Cette dernière (
drosophila melanogaster) est, depuis les travaux de Thomas Morgan (1866-1945), bien connue comme drosophile.jpganimal modèle de la génétique, en raison de son taux important de reproduction et de sa courte vie, propriétés quasi-uniques permettant d'obtenir rapidement des dizaines de générations d'individus. Nul étonnement donc que ce soit chez cet animal qu'ait pu être mis en évidence un gène maître (eyeless) qui contrôle l'activation progressive des 2500 autres gènes intervenant dans la construction de l'œil.

 

     Plus encore, un gène voisin (small eye) a été découvert chez les vertébrés ce qui a permis de réaliser une expérience des plus intéressantes où ce gène des vertébrés a induit la formation d'un œil chez la mouche... C'est la raison pour laquelle on peut aujourd'hui avancer que, même si tous les animaux ont des yeux en apparence différents, ils proviennent tous du même œil rudimentaire de départ, œil qu'un seul gène a suffi à réaliser. On peut à présent répondre à la question posée au début du sujet : l'œil est probablement apparu une seule fois au cours de l'évolution chez un ancêtre commun aux mollusques, aux arthropodes et aux vertébrés. Au cours des temps géologiques et suivant les espèces, la sélection naturelle a permis l'apparition et le maintien de caractères bénéfiques à chaque groupe. Voici comment cette complexification a pu se faire :

  

* d'abord il n'existe que quelques cellules sensorielles, photoréceptrices, pouvant détecter s'il existe ou non de la lumière mais pas d'où elle vient ;

 

* le tissu contenant les cellules sensorielles se creuse légèrement, permettant ainsi à la lumière de ne stimuler selon son angle d'impact que certaines cellules ;

 
* la dépression se creuse de plus en plus et permet une
meilleure précision de l'information ;

 
* l'ouverture se rétrécit en refermant la poche sur elle-même, l'ensemble aboutissant à une
chambre noire qui permet à l'individu de percevoir certaines formes : on aboutit à un œil rudimentaire (qui est précisément celui du nautile que nous évoquions plus haut);

 
* une
protection de cellules transparentes vient couvrir l'ouverture de manière à former une lentille rudimentaire;

 
* l'œil obturé se remplit de
liquide de façon à permettre une focalisation.

 
       On pourrait penser qu'il faut un temps incroyablement long pour que les modifications soient prises en compte par la sélection naturelle mais ce n'est pas vraiment le cas : on pense à présent que la majeure partie de ces acquisitions s'est faite assez vite, en quelques millions d'années (quand même !) lors de l
'explosion cambrienne (voir sujets "le schiste de Burgess" et  "l'explosion cambrienne"). Cette époque n'avait pas encore vu la séparation de bien des lignées actuelles et cela explique pourquoi des dispositifs communs existent aussi bien chez les pieuvres, les mouches et les vertébrés (l'unité originelle  de l'oeil a été démontrée en 2008 par les chercheurs de l'Université du Michigan sur un ver photophobique).

  
     Comme on peut le constater, en définitive rien de bien compliqué : les scientifiques modernes considèrent l'œil comme un organe à l'évolution
simple et sans grand mystère. Il aura surtout fallu que les opposants à la théorie de l'évolution l'aient finalement plutôt mal comprise, cette évolution, pour que l'œil ait été choisi par eux comme l'exemple emblématique de leur cause.

 

 

 

vision des animaux

 

 
     Si la sélection naturelle permet de conserver l'œil le mieux adapté à une écologie particulière, on comprend que les différences entre les organes de vision de chaque espèce sont d'autant plus importantes que celles-ci se sont séparées plus tôt les unes des autres. On sait que, parmi les mammifères, seuls les primates et donc l'Homme, possèdent une vision stéréoscopique et en couleurs mais pour les autres ?

 
     La qualité de vision d'un animal dépend de sa faculté à répondre à plusieurs paramètres : la
netteté de l'image, l'acuité visuelle, la perception des couleurs, celle de l'espace et enfin la perception du mouvement. Si l'évolution a « orienté » la vision des animaux en fonction de leurs besoins, on s'attendra à ce que, selon l'espèce, certains caractères aient été retenus, voire étendus, alors que d'autres, secondaires dans la vie de l'animal, auront vu leurs performances moins développées. Par exemple, la spécificité carnivore d'un prédateur exige de distinguer précisément le mouvement de sa proie alors que, a contrario, un animal dont la source d'alimentation est fixe (un fruit pour un oiseau, par exemple) devra développer ses performances plutôt dans le domaine de la perception des couleurs. Comme il serait fastidieux de développer chacun des paramètres que nous venons d'évoquer, intéressons-nous plus particulièrement à l'un d'entre eux : la perception des couleurs.

 

 
          *
la perception des couleurs

 
     Elle est en rapport avec la présence dans la rétine de cellules particulières, les
cônes, sensibles au vert, au bleu et au jaune. La communauté scientifique est à peu près tombée d'accord sur les éléments suivants :

 
. les
insectes, grâce à leur yeux composés, ont une vision des couleurs mais ils voient avec un spectre différent de celui des êtres humains. En vision_abeilles.jpgparticulier, certains d'entre eux (comme, par exemple, les abeilles) perçoivent les radiations de l'ultra-violet proche, invisibles à l'œil humain (remarquons ici que les fleurs ont souvent des marques ultra-violettes visibles pour les pollinisateurs). Ils savent aussi détecter la lumière polarisée (qui peut signaler la présence d'une étendue d'eau).

 
. les
poissons perçoivent assez bien les couleurs jusqu'à l'ultraviolet bien que, on l'a déjà dit, leur vision soit le plus souvent limitée à leur environnement proche (il faut noter que leurs apparences sont parfois très colorées) ;

 
. les
amphibiens comme les grenouilles voient les couleurs mais différemment selon l'heure du jour : leur vision est plutôt orientée vers le jaune durant le jour alors que c'est le vert qui prédomine pour eux la nuit;

 
. les
reptiles perçoivent les couleurs : jaune, rouge, vert et bleu pour le les lézards mais bleu, vert et orange chez la tortue ;

 
. la perception des couleurs est très développée chez les
oiseaux : cela paraît logique puisque, comme on l'a déjà dit, leurs proies sont souvent fixes (ou immobiles quand ils les attrapent) mais aussi parce que leurs plumages peuvent être très bariolés (ce qui est d'une importance capitale lors des rituels sexuels). D'ailleurs, chez les oiseaux, le comportement est bien plus souvent régi par les couleurs que par la forme des objets ou la qualité de la lumière ;

 

. la vision des mammifères a donné lieu à de nombreuses études, parfois contradictoires. Elle est très dépendante du caractère diurne ou nocturne de l'animal étudié. On admet assez volontiers que des animaux comme l'écureuil voient parfaitement les trois couleurs primaires, ce qui est compréhensible étant donné leur mode de vie. En revanche, il ne semble pas que les bovidés les perçoivent : de ce fait, la couleur rouge du tissu agité devant ses yeux lors d'une corrida n'a aucune importance pour le taureau, seulement excité par le mouvement de la « muleta ». Le chat ne voit pas le rouge mais, à l'instar des félins, sa vue lui permet de percevoir la nuit de nombreuses nuances « de gris », jusqu'à cinquante a-t-on dit (car c'est un prédateur nocturne). Le chien a été relativement bien étudié : nous allons nous y attarder un peu car cela nous permettra de comprendre comment cette perception des couleurs s'articule dans la vision globale d'un individu.

 

 
          *
la vision du chien

 
     Longtemps, on a prétendu que le chien, mammifère carnivore, ne percevait pas les couleurs et qu'il « voyait en noir et blanc » ce qui lui était bien suffisant puisque uniquement préoccupé par le mouvement de sa proie potentielle. On propose d'ailleurs l'expérience suivante : on lance une balle verte à un chien sur une pelouse. Tant que la balle roule le chien cherche à la fixer des yeux mais dès qu'elle s'immobilise, il s'en remet à son odorat, décrivant des cercles de plus en plus étroits qui le ramène (en principe) vers la balle.

 

     Alors vision en noir et blanc ? La réalité n'est pas aussi simple : le chien voit Zvenjo-en-2007.jpgbien des couleurs mais son spectre est étroit, se limitant au bleu et au jaune. De ce fait, sa vision est plus monochromatique que réellement colorée mais il faut toutefois la replacer dans un contexte plus général. Par exemple, son acuité visuelle est moins performante que celle de l'homme (d'où l'idée fausse qu'il « voit trouble ») mais le chien domine largement pour la vision nocturne, au point qu'il peut facilement repérer des obstacles invisibles à l'homme (les propriétaires de chiens les promenant la nuit peuvent en témoigner facilement !). Comme son ancêtre le loup, une simple nuit étoilée lui suffit pour repérer une proie en mouvement (pour l'homme, il lui faut au moins une pleine lune !) : cette propriété est due à la présence d'une pellicule fluorescente amplificatrice de lumière tapissant sa rétine (une propriété qu'il partage avec le chat) et, accessoirement, c'est ce qui explique l'éclat particulier de ses yeux la nuit ou sur une photo.

 
     Le chien est
presbyte et incapable de distinguer les détails à moins de 30 cm ; suivant sa race, ses yeux sont plus ou moins latéralisés ce qui lui permet de posséder un champ de vision plus large que celui de l'homme mais avec, en contrepartie, une plus grande difficulté à apprécier le relief.

 
     Une autre grande différence avec l'homme est sa
fréquence de vision bien plus élevée : du coup, il perçoit plus facilement les mouvements (à la manière d'un « ralenti » de cinéma), parfois jusqu'à plusieurs kilomètres. Cette faculté très spéciale explique pourquoi un chien ne voit de la télévision qu'une suite saccadée d'images sans liens entre elles...

 
     La vision, on le voit bien, ne se cantonne donc pas à une plus ou moins bonne discrimination des couleurs. Mais il y a plus : il faut aussi recadrer cette dimension visuelle avec les autres sens. Le chien entend mieux que l'homme (notamment certains ultrasons), a un odorat autrement développé (une palette d'odeur cent fois plus large ce qui explique son utilisation pour le dépistage d'explosifs ou de stupéfiants) et, peut-être même, un sens de l'orientation inconnu de nous (sinon comment pourrait-il retrouver une maison située à des centaines de km ou, savoir, dans la voiture de ses maîtres, qu'il vient d'arriver au terme du voyage ?). Tout cela combiné donne à l'animal une sorte de carte mentale interactive très détaillée, une faculté que l'homme a, semble-t-il, depuis longtemps perdue.

 

 

 

 
l'évolution est un tout

 

 
     Lors de la transformation des espèces au long du temps, il est souvent difficile d'identifier l'apport positif de telle ou telle modification pour une espèce. D'abord, parce qu'on ne les discerne pas toutes, ensuite parce qu'elles ne prennent toute leur valeur que dans un contexte d'interactions avec les autres facultés de l'espèce en question. C'est ainsi qu'il faut étudier l'évolution de l'œil : certaines « améliorations » qui nous semblent indispensables n'ont pas été retenues chez une autre espèce tout simplement parce qu'elle n'aurait rien apporté de plus à ce qui existait déjà. La sélection naturelle est économe en apparence : elle ne retient que ce qui permet de survivre mieux et toutes les modifications qui ne sont pas utiles à un moment donné sont rejetées par la nature parce qu'elles confèrent à celui qui en a hérité un
désavantage sélectif. Parfois, un tel désavantage est à nouveau sélectionné si les conditions du milieu changent et s'il apporte alors un plus pour son porteur.

 
     On peut s'en désoler car, en somme, n'est retenu que ce qui est utilitaire (même si cela n'est pas toujours apparent) mais c'est la règle. Comme dit le proverbe romain : « dura lex, sed lex ». Tout de même, je me demande parfois à quoi peut bien ressembler un monde en ultraviolet : nous autres, humains, y sommes aveugles et pourtant l'ultraviolet décore les plumages colorés de certains oiseaux et c'est encore lui qui attire les papillons et les abeilles vers les pétales des fleurs. Je me demande bien quelle impression cela donne de vivre dans ce monde étrange.

 

 

 

Images

 

2. drosophila melanogaster (sources :  www.snv.jussieu.fr/ bmedia/ATP)

3. vision humaine comparée à la vision d'une abeille : cette dernière ne capte pas le rayonnement du rouge mais celui de l'ultra-violet (sources : www.visilab.ch)

4.  Zvenjo, teckel mâle (collection personnelle)

(Pour lire les légendes des illustrations, passer le pointeur de la souris dessus)

 

 

 

 

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Mise à jour : 23 juillet 2013

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21 février 2008 4 21 /02 /février /2008 16:07

 

 

 

origine-de-l-homme-copie-1.jpg

 

 

 

     "There are Americans who believe that the earth is only about 6,000 years old; that human beings and all other species were brought into existence by a divine Creator as eternally separate variations of beings; and that there has been no evolutionary process.
They are creationists—they call themselves "scientific" creationists—and they are a growing power in the land, demanding that schools be forced to teach their views. State legislatures, mindful of the votes, are beginning to succumb to the pressure. In perhaps 15 states, bills have been introduced, putting forth the creationist point of view, and in others, strong movements are gaining momentum."

(Isaac Asimov, The "Threat" of Creationism, New York Times Magazine, June 14, 1981)

     "Certains américains pensent que la Terre est seulement âgée de 6000 ans, que les êtres humains et toutes les autres espèces ont été engendrés par un Créateur divin en tant que groupes d'êtres différents et éternels et qu'il n'y a jamais eu de processus évolutif.
Ce sont des créationnistes – ils se nomment eux-mêmes créationnistes scientifiques - et ils possèdent un grand pouvoir dans le pays, exigeant que les écoles soient obligées d'enseigner leurs vues. Les autorités des états, soucieuses des votes, commencent à succomber à la pression. Dans peut-être 15 états, des lois ont été promulguées pour imposer le point de vue créationniste tandis que dans d'autres de puissants mouvements se renforcent."

(Isaac Asimov, la « menace » du créationnisme, New York Times Magasine, 14 juin 1981)

(voir glossaire)

 
 


     Nombre de fondamentalistes religieux, nous avons déjà eu l'occasion de l'évoquer dans d'autres sujets, contestent formellement certaines avancées scientifiques, notamment en ce qui concerne la
théorie de l'Évolution, leur bête noire depuis les travaux de Darwin. Si quelques uns des arguments avancés semblent puérils aux yeux de l'homme informé, d'autres sont plus subtils et, parfois, il faut bien réfléchir pour comprendre où se trouvent les pièges dans le discours tenu. Dans ce sujet, je me propose de passer en revue quelques uns des arguments avancés et les réponses possibles, étant entendu que, dans un tel contexte, l'on ne saurait être exhaustif. Il va de soi – mais il est toujours préférable de le préciser – qu'il ne s'agit nullement pour moi d'ouvrir un quelconque débat destiné à opposer science et religion (ce qui m'a été parfois reproché) mais de répondre à ceux que leur foi égare dans des directions insoutenables car définitivement obscurantistes.
 
     Souvent appuyés sur une mauvaise compréhension de la théorie de l'évolution, voire totalement spécieux, ces arguments créationnistes peuvent faire douter : ne nous laissons ni impressionner, ni manipuler car tous sont réfutables. Florilège :
 
 
 
1. la théorie de l'évolution n'est qu'une théorie, pas un fait scientifique
 
     Il est complètement impossible de séparer les faits de la théorie et c'est
justement l'observation des faits qui fait évoluer la théorie de l'évolution. Rappelons que la théorie de l'évolution a été bâtie à partir de faits patiemment observés, les premiers par Darwin lors de son périple à bord du Beagle, notamment aux îles Galápagos. C'est à partir de ces faits scientifiques qu'il a bâti la théorie qui le rendit célèbre. D'autres scientifiques lui ont succédé et ont apporté leur pierre à l'édifice. Alors oui, certains aspects de la théorie de l'évolution ont été réinterprétés, d'autres modifiés, d'autres encore abandonnés et c'est précisément l'extraordinaire faculté de cette théorie à pouvoir être complétée qui en fait une construction purement scientifique.
 
 
 
2. la théorie de l'évolution explique tout par le hasard mais les choses se dégradent toujours quand on les laisse à l'abandon
 
     Le
hasard joue effectivement un rôle important dans la théorie de l'évolution si l'on songe aux mutations, forcément aléatoires, et à la contingence (voir sujet le schiste de Burgess) mais la théorie s'appuie également sur la sélection naturelle qui, elle, ne doit rien au hasard, puisque ce sont les qualités intrinsèques d'un individu (ou d'une espèce) qui lui permettent de s'adapter.
 
 
 
3. les mutations sont toutes nocives : elles n'ont donc pas pu faire évoluer les espèces
 
     C'est un argument fallacieux : on sait que les mutations peuvent être avantageuses ou néfastes mais surtout (c'est le cas le plus fréquent)
neutres.
     Lors du changement du milieu où vivent des individus jusque là bien adaptés, c'est l'apparition d'
individus mutants qui permet à l'espèce de se maintenir : cela a été prouvé bien des fois pour, par exemple, les bactéries mais c'est également vrai pour des organismes plus élaborés. Je ne peux m'empêcher de penser au cas des malades atteints de drépanocytose : il s'agit d'une mutation qui transforme les globules rouges normalement sphériques de l'individu en globules en forme de faucille (d'où l'autre nom de la maladie : l'anémie falciforme). Du coup, le porteur de l'anomalie devient résistant à certaines complications du paludisme. En pareil cas, le fait d'être porteur de la mutation permet donc de mieux résister à la maladie et de se reproduire plus facilement que les sujets normaux (évidemment, en milieu non impaludé, l'avantage se transforme en handicap puisque les globules rouges falciformes sont de moins bonne qualité).
 
 
 
4. la fréquence des mutations est insuffisante pour expliquer la diversité des espèces
 
     Il s'agit là d'une approche simplificatrice : une certaine
variabilité résulte bien des mutations mais pas seulement car il existe également de nombreuses recombinaisons se produisant, sans modification des gènes, au cours de la reproduction. Ce qui importe, c'est l'expression des caractères lors de la régulation des gènes et leur interaction avec ce système de régulation, phénomène extrêmement variable. Des espèces totalement différentes peuvent avoir un patrimoine génétique très proche : par exemple, l'homme partage 99% de ce patrimoine avec certains grands singes. L'important ici est l'évolution des parties codantes (une petite partie seulement du potentiel génétique), évolution soumise à la sélection naturelle et celle-ci agit surtout au niveau épigénétique (voir sujet évolution de l'Evolution)
 
 
 
5. on n'a jamais observé une mutation qui conduirait à une augmentation d'information génétique et donc à une « nouvelle information »
 
     Puisque l'argument sur la seule nocivité des mutations commence à se révéler insuffisant (voir paragraphe 3), les créationnistes ont avancé cette nouvelle idée mais elle est également fausse. Ils prétendent à présent que jamais une « nouvelle information » n'a vu le jour au cours de l'évolution : ils veulent dire ici l'apparition de gènes codants pour de nouveaux caractères, comme, par exemple, de nouveaux organes. C'est pourtant ce qui s'est passé au cours de l'évolution. On sait qu'il est parfaitement possible – et cela a été observé – que, lors de la duplication de gènes préexistants, une des copies soit sensiblement différente de l'originale et c'est même un mécanisme important de l'évolution (c'est ce qui explique, par exemple, les différents groupes sanguins chez l'homme).
     Dans le même ordre d'idée, un autre mécanisme, quoique rare, est la fusion de deux organismes distincts (
endosymbiose) qui ne deviennent plus qu'un seul, avec l'augmentation du matériel génétique qui en résulte. On explique ainsi la présence des mitochondries dans nos cellules : ces petits organites indispensables à la bonne marche cellulaire sont en fait d'anciennes bactéries incorporées il y a très longtemps en une sorte d'association bénéfique pour les deux partis.
     On peut également citer
l'épigénèse qui permet aux cellules totipotentes de l'embryon (voir glossaire et le sujet cellules souches) de se « spécialiser » peu à peu afin de créer des lignées de cellules de plus en plus différenciées avec augmentation de l'information génétique.
 
 

6. les partisans de la théorie de l'évolution font des erreurs parfois grossières
 
     Il est exact que les chercheurs évolutionnistes ont parfois fait des erreurs : par exemple, en attribuant à un ancêtre de l'Homme des squelettes fossiles qui, par la suite, se sont révélés appartenir à des animaux n'ayant rien à voir avec lui. Comme l'a fait remarquer le paléontologue S. J. Gould dans plusieurs de ses articles scientifiques, il s'agit là d'un argument pour le moins surprenant de la part des créationnistes puisque, en somme, cela revient à reconnaître les ressemblances existant entre les anatomies humaines et animales... Mais on a surtout affaire ici à de la mauvaise foi : on sait bien que la science procède par tâtonnements et que c'est un de ses grands atouts que de savoir se
remettre en question. Au contraire des créationnistes pour lesquels leur dogme est acquis une fois pour toutes et n'est jamais modifié, les évolutionnistes reconnaissent volontiers leurs erreurs et leurs approximations : c'est en soumettant une théorie à la lumière de nouvelles découvertes et à de nouvelles preuves expérimentales qu'il est possible de la faire progresser. On peut même avancer que c'est probablement là que se situe le cœur de la recherche scientifique...
 
 
 
7. la théorie de l'évolution ne peut expliquer la naissance de la vie
 
     Certes, la science ne peut pas encore expliquer de manière définitive l'apparition de le Vie sur Terre (encore que l'on ait de bonnes pistes comme les sources sous-marine hydrothermales, les travaux de
Miller reconstituant l'atmosphère primitive (voir le sujet origine de la Vie sur Terre) et y faisant apparaitre des acides aminés, etc.). Toutefois, seule la théorie de l'évolution permet d'expliquer l'extraordinaire diversité de la Vie, présente et surtout passée : il faut se souvenir que 99% des espèces ayant un jour vécu sur notre planète ont aujourd'hui disparu (voir sujet les extinctions de masse). Cette diversité cadre effectivement assez mal avec l'idée d'une Terre créée une fois pour toute il y a 6000 ans...
 
 
 
8. la théorie de l'évolution explique peut-être de petites variations chez certaines espèces mais pas l'apparition de nouvelles espèces
 
     Il n' y a pas de différence entre les « petites variations »
intraspécifiques et les « grandes » variations interspécifiques : elles sont toutes gouvernées par des modifications du code génétique, c'est à dire par les mutations chromosomiques. Le temps passant, les différences au sein d'une même espèce peuvent entraîner des spéciations : à partir de populations appartenant à une même espèce, on arrive, entre autre par isolement géographique, à aboutir à des populations non-interfécondes et donc à de nouvelles espèces.
     Il en va de même pour les grands plans d'organisation du vivant qui sont régis par certains gènes appelés
hox. Toutefois, ces mutations sont globalement le plus souvent défavorables et ne sont donc pas retenues par la sélection naturelle. Ceci explique pourquoi il y a finalement peu de modifications des grands schémas d'organisation de la Vie.
 
 
 
9. certaines espèces n'évoluent jamais
 
     Les espèces évoluent à des rythmes différents et certaines d'entre elles en apparence pas du tout (?). Cette stabilité de certaines espèces est parfaitement conforme à la théorie de l'évolution mais est-elle réelle ? Il faut en effet se rappeler que nous ne disposons, dans la majorité des cas, que de
quelques os fossiles et il est alors bien difficile de savoir si une modification a pu avoir lieu pour les éléments non conservés.
 
 

10. l'homme est différent des animaux et il est impossible de les relier, notamment au niveau spirituel
 
     L'homme est un
primate dont les capacités cognitives sont certainement les plus développées du monde vivant mais il n'existe pas de différence de nature entre lui et les animaux. D'ailleurs, l'éthologie (voir glossaire) a démontré depuis longtemps que les animaux, notamment les plus proches de nous, possèdent également une certaine conscience de soi, une capacité d'abstraction plus ou moins développée, un langage symbolique, etc. Le rire lui-même, on le sait à présent, n'est pas le propre de l'homme (voir les sujets l'âme et le propre de l'Homme).
 
 
 
11. impossible pour l'homme de descendre du singe
 
          L'idée que l'homme « descendrait » du singe est aussi vieille que Darwin_ape.pngl'opposition des créationnistes à la théorie de l'évolution (voir l'article
le dernier ancêtre commun). En fait, l'homme ne descend pas du singe mais partage avec l'un d'entre eux, le chimpanzé, un dernier ancêtre commun, les branches s'étant séparées il y a des millions d'années. Ceci explique d'ailleurs pourquoi on ne peut pas parler d'évolution linéaire, les différentes lignées représentant au contraire une sorte de buisson assez touffu. Il n'y a donc pas de hiérarchie de l'évolution mais une coévolution.
 
 
 
12. la science ment pour défendre des hypothèses discutables
 
     La science souhaite avant tout connaître la Nature, le monde dans lequel nous vivons. Elle ne cherche pas à « asséner des vérités » mais à
expliquer à partir d'observations des phénomènes naturels, d'où des regroupements sous forme de modèles, de lois et de théories explicatives. Avec l'avancée de nos connaissances, les modèles sont affinés, les théories complétées, certaines explications abandonnées. On l'a déjà dit, la science progresse à petits pas entrecoupés d'avancées plus importantes : elle ne « ment » pas, elle cherche.
 

    Cher ami lecteur, j'ai souhaité passer en revue quelques unes des principales idées antiscientifiques avancées par les adversaires de la théorie de l'évolution. Bien sûr, il reste de nombreux points qui, faute de place ou de temps, n'ont pas pu être abordés dans ce sujet. Si d'aventure, il vous arrivait au fil de vos lectures ou de vos discussions d'en trouver, n'hésitez surtout pas à me le faire savoir : nous essaierions alors de décrypter et de répondre. Sans préjugés mais sans complaisance.

 
 
 
 
 
Glossaire (in Wikipedia France)
 
*
Asimov, Isaac (1920-1992) est connu comme étant un des plus grands écrivains de science-fiction (les Robots, Fondation, etc.). Docteur en chimie, il écrivit de nombreux ouvrages et articles de vulgarisation scientifique et fut un ardent défenseur de la théorie de l'évolution. Son combat anti-créationniste est demeuré célèbre.
 
*
cellules totipotentes ou cellules souches : une cellule souche est une cellule indifférenciée se caractérisant par sa capacité à engendrer des cellules spécialisées en se différenciant et sa capacité à se multiplier quasi infiniment à l'identique (autorenouvellement), notamment en culture.
 
*
éthologie : classiquement, il s'agit de l'étude du comportement animal tel qu'il peut être observé en milieu naturel. De nos jours le sens donné à l'éthologie est plus restreint : il s'agit de l'étude objective et scientifique des comportements animaux inspirée notamment par les travaux de Konrad Lorenz (1903-1989) et Nikolaas Tinbergen (1907-1988) dans la première moitié du XXe siècle. Il faut de plus inclure dans cette signification l'étude comportementale des êtres humains et des relations homme-animal. Le principe de base de l'éthologie étant d'utiliser une perspective biologique pour expliquer le comportement, cette science est aussi appelée « biologie du comportement ».
 
  
Images
 
1. arbre généalogique de l'homme moderne (www.ac-versailles.fr/etabliss/ec-pergaud-montesson/)
2. les créationnistes se sont longtemps moqués de Darwin : ils n'ont fait que populariser sa théorie ! (sources : www.lyceepmf-tunis.com)
3. Adam et Eve, tableau de Dürer (sources : www.productionmyarts.com/)
(Pour lire les légendes des illustrations, passer le pointeur de la souris dessus)


  

 
Mots-clés : Isaac Asimov - théorie de l'évolution - hasard - mutation - contingence - sélection naturelle - drépanocytose - anémie falciforme - paludisme - épigénèse - endosymbiose - mitochondries - cellules totipotentes - Stephen J Gould - Stanley Miller - spéciation - gènes HOX - éthologie - coévolution
 
(les mots en blanc renvoient à des sites d'informations complémentaires)
 
 
adam-eve-1507.jpg
                              Adam et Ève, les premiers humains ? Vraiment ?
 
 
 
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Mise à jour : 14 juillet 2009

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21 février 2008 4 21 /02 /février /2008 15:42

 

  

 

 

 

     Depuis qu'ils ont une conscience, la question fondamentale que se posent les hommes est toujours la même : d'où venons-nous ? On peut la formuler autrement : comment s'est créé l'univers dans lequel nous vivons ? Oui, comment ? Au delà des conceptions religieuses qui durant des siècles, selon les pays et les hommes, ont prévalu, c'est à l'astronomie moderne que l'on doit un début d'explication et ce n'est pas si vieux...

 
     En fait, tout part d'Einstein et de sa théorie de la relativité générale (voir sujet théorie de la relativité générale), théorie qui permet de donner une description à grande échelle de l'Univers et sert accessoirement de point de départ à la cosmologie moderne (voir glossaire). Arguant de sa toute nouvelle théorie, Einstein fut en effet le premier à tenter une explication de l'espace en introduisant une hypothèse aujourd'hui bien acceptée : l'Univers est homogène, c'est à dire que son observation ne dépend pas de la position de son observateur ou, en d'autres termes, que l'Homme n'y occupe aucune situation particulière. Quel que soit l'endroit où l'on se trouve, on n'est jamais au centre de l'Univers, tout simplement parce qu'il n'y a pas de centre : l'Univers est partout homogène, à savoir toujours égal à lui-même où que l'on soit. C'est ce que l'on appelle aujourd'hui le principe cosmologique.

 

     C'était pourtant une hypothèse hardie pour son époque (1917) si l'on se rappelle qu'aucun objet n'avait été décrit en dehors de la Voie lactée. En revanche, Einstein voyait cet Univers comme statique ce qui, par la suite, s'est révélé faux. D'ailleurs, dès cette époque, d'autres scientifiques comme le néerlandais Willem de Sitter (1872-1934), le russe Alexander Friedmann (1888-1925), l'americano-russe George Gamow ou l'abbé belge Georges Lemaître (1894-1966), concluaient, à partir des mêmes équations, à un Univers en expansion. Ce sont les observations de Edwin Hubble, dans les années vingt, qui donneront raison à ces derniers. Il mit effectivement en évidence des galaxies extérieures à la Voie lactée (voir sujet céphéides) et surtout, que ces galaxies s'éloignent les unes des autres. Si l'Univers est en expansion, il se refroidit et, par voie de conséquence, on peut donc avancer qu'il était plus chaud à l'origine : il y a donc bien eu un point de départ, le Big Bang.

 

 

 

 le Big Bang

 

 
     Si l'Univers est en expansion, on peut en réalité avancer deux grandes explications :

 
          * il y a conservation de la matière qui, petit à petit, se dilue au fur et à mesure de cette expansion : on en revient à un point d'origine, le Big Bang ;

 
          * la matière se crée et se détruit sans cesse dans la même proportion et on se trouve dans un univers stationnaire qui, selon cette conception, est ici éternel et toujours le même.

 
     C'est cette deuxième hypothèse qui aura au début le plus d'adeptes parmi lesquels, le britannique Fred Hoyle (1915-2001), connu notamment pour avoir créé le terme de Big Bang afin de se moquer de la théorie rivale de la sienne. Il faut dire que jusque dans les années 40, le taux d'expansion de l'univers était notoirement surévalué (et donc son âge sous-évalué) et on en arrivait au paradoxe que les études géologiques de notre planète la décrivaient comme plus ancienne que l'Univers lui-même... Il faudra attendre qu'une évaluation plus précise de l'âge de l'Univers remette en selle le Big Bang...

 
     Quoi qu'il en soit, les deux théories s'opposaient sans que l'une d'entre elles prenne le pas sur l'autre de manière définitive et c'est à cet instant que le hasard entra en jeu.

 

 

 


la découverte de Penzias et Wilson

 

 
     Nous sommes alors en 1964. Deux radioastronomes, Arno Penzias et Robert Wilson, travaillent pour la compagnie américaine de téléphonie Bell. Ils viennent d'entrer en possession d'une antenne ayant servi à la communication avec des satellites artificiels et, comme ils cherchent à mesurer le rayonnement radio de la Voie lactée, ils décident de transformer l'antenne en radiotélescope. Désirant la calibrer, ils cherchent à mesurer les bruits de fond respectifs de la Voie lactée et de l'atmosphère terrestre. Ils découvrent ainsi un autre bruit de fond, jusqu'alors inconnu, qu'ils attribuent à un artefact de leur installation.

 

     Durant plusieurs semaines, ils vont tout faire pour éliminer ce bruit, allant même jusqu'à chasser les pigeons des alentours dont les déjections, pensent-ils, sont susceptibles de provoquer le bruit parasite. Rien n'y fait. Le bruit intempestif se situe dans la longueur d'onde 7,35 cm et, traduit en chaleur d'antenne, correspond à une température du ciel de 2,7 K ; il ne varie pas en fonction du temps ou des saisons et est constant quelle que soit la direction observée. Perplexité des deux chercheurs... Les deux hommes ne sont pas trop au courant des travaux menés par ailleurs en cosmologie (dont les données théoriques sur le Big Bang prédisent la réalité d'un tel signal) et c'est par hasard qu'ils confient leur problème à des collègues astronomes. On se rend vite à l'évidence : les deux chercheurs de chez Bell ont découvert les traces radio du fond diffus cosmologique, une découverte qui leur vaudra quelques années plus tard, en 1978, le prix Nobel de physique.

 

 

 

le fond diffus cosmologique

 

 
     C'est le rayonnement électromagnétique le plus ancien de l'Univers. On a déjà dit que l'Univers est en expansion et, si l'on s'en réfère à la théorie du Big Bang, qu'il a été beaucoup plus chaud par le passé. Si chaud même qu'il fut une époque où la propagation de la lumière a été beaucoup plus difficile et que les rayons lumineux, au lieu de se propager comme de nos jours, ont été difractés par la matière dense du début, un peu à la manière des phares d'une voiture par temps de brouillard. Le temps passant et l'expansion de l'Univers progressant, cette matière s'est faite proportionnellement plus ténue ouvrant un passage sans obstacle aux photons lumineux : l'Univers est devenu transparent. On sait aujourd'hui que la transparence de l'Univers est apparue environ 380 000 ans après le Big Bang. L'onde électromagnétique découverte par Penzias et Wilson et qui correspond au rayonnement d'un corps noir (voir glossaire) à 3 degrés Kelvin (comme le prévoyait la théorie) est donc le reliquat – ou l'image – du temps où l'Univers était encore opaque et cette observation indiscutable est une preuve considérable en faveur de la réalité du Big Bang par opposition à la théorie de l'Univers stationnaire.

 

 

 

 la théorie du Big Bang s'impose

 

 
     La découverte du fond diffus cosmologique fut le premier et peut-être le plus célèbre des arguments en faveur de la théorie du Big Bang et de l'expansion de l'Univers.

 
     L'expansion de l'Univers, rappelons-le, est la conséquence directe de la théorie de la relativité générale d'Einstein : celle-ci explique en effet que tous les composants de l'Univers sont soumis à des forces dépendant des différentes formes de la matière. Depuis le Big Bang et jusqu'à aujourd'hui, notre Univers s'est dilaté dans toutes les directions (en créant un espace à la manière d'une éponge qui se dilate mais en dehors de laquelle rien n'existe) et, connaissant les propriétés physiques de toutes ces formes de matière, il est possible de décrire les caractéristiques de cette expansion. Non seulement nous sommes capables de connaître le taux d'expansion actuel de l'Univers (c'est la constante de Hubble, voir sujet céphéides) mais aussi son expansion du passé. Par ailleurs, on comprend facilement – et pour schématiser – que cette expansion est la résultante du mouvement d'étirement du début moins les forces de gravitation qui attirent les objets (galaxies, étoiles, etc.) les uns vers les autres.

 

     On aurait donc pu s'attendre à un ralentissement de cette expansion ou, au moins, à sa stabilisation. C'est tout le contraire qui s'est produit puisque, en 1998, les astronomes sont arrivés à la conclusion que l'expansion s'accélère ! (voir le sujet : l'expansion de l'Univers). Ce fut une véritable surprise puisqu'il fallait admettre l'existence d'une forme d'énergie, appelée depuis énergie sombre (voir sujet matière noire et énergie sombre) qui s'oppose à la gravitation... Quelle est la nature de cette énergie sombre ? Nul ne le sait. De même que l'on ne comprend pas pourquoi la matière visible qui compose l'Univers ne représente que le cinquième d'une « matière noire » dont les caractéristiques sont inconnues (on a calculé sa masse à partir des mouvements des galaxies) et déjà prédite en 1932 par Einstein et de Sitter. Energie sombre, matière noire, que de questions sans réponses mais n'est-ce pas cela qui fait tout l'intérêt de la science en général et de l'astronomie en particulier ?

 

 

                                                       

 

 

 

 Glossaire (in Wikipedia France)

 
     * cosmologie : la cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système physique.

 
     * corps noir : en physique, un corps noir désigne un objet idéal dont le spectre électromagnétique ne dépend que de sa température. En pratique, un tel objet matériel n'existe pas, mais il représente un cas idéalisé servant de référence pour les physiciens. Contrairement à ce que son nom suggère, un corps noir n'apparaît pas forcément noir. En effet l'adjectif «noir» signifie ici que l'objet lui-même absorbe toute la lumière extérieure qui tomberait sur lui, et ne reflète aucune radiation non plus. La seule radiation provenant du corps noir est la radiation thermique, ne dépendant que de la température du corps. Concernant le fond diffus cosmologique, celui-ci, selon la théorie du Big Bang, se devait d'avoir les caractéristiques d'un corps noir, ce qui fut effectivement démontré.

     nota : comme cela est précisé dans le sujet "la couleur des étoiles", une étoile peut être assimilée à un corps noir : c'est même la raison pour laquelle il est possible de connaître sa température de surface.

 

 

 

 

Brêve : le satellite Planck confirme et précise ce que l'on sait du fond diffus cosmologique (mars 2013)

 

    Après avoir cartographié le ciel dans toutes les directions entre l'été 2009 et janvier 2012, le satellite européen Planck a permis la publication d'une photographie époustouflante du fonds diffus cosmologique, complétant celle de 2003 de la NASA. Plus encore, le satellite Planck a permis d'affiner nos connaissances des premiers instants de l'Univers en recalculant tous les paramètres cosmologiques. On peut donc aujourd'hui affirmer que 1. l'Univers est âgé de 13,82 milliards d'années, que 2. il est composé de 4,9% de poussières, gaz et galaxies, de 26,8 % de matière noire et de 68,3 % d'énergie sombre. Planck nous confirme également que l'Univers est bien en expansion mais en précisant qu'il s'étend à la vitesse de 67 km par seconde...

      Au delà de ces chiffres qui, déjà en eux-mêmes, sont un exploit, le satellite Planck nous conforte dans l'idée que le modèle cosmogonique standard de l'Univers est bien celui auquel il faut se référer (confirmation du Big bang, de l'inflation, etc.)..

     Et dire que la plus grande partie du décryptage de cette moisson de nouvelles données est à peine ébauché !

     On trouvera l'image rapportée par le satellite Planck à l'adresse suivante : http://www.cieletespace.fr/node/10241
 

 

 

 

 
Images

 

1. fond diffus cosmologique photographié par le satellite WMAP, de la NASA, en 2003 (sources : wikipedia.fr)
          Nota : c'était l'image la plus précise du fond diffus cosmologique avant celle publiée en mars 2013 par l'équipe du télescope spatial européen Planck voir la brêve ci-dessus). Elle a été prise par le satellite MAP (microwave anisotropy probe) et a confirmé l'âge de l'Univers : 13,7 milliards d'années (à 100 millions d'années près). Outre le fait que MAP a permis de déterminer la naissance des premières étoiles (les étoiles primordiales) à seulement 200 000 ans après le Big Bang (ce qui est une surprise), les astronomes ont également pu calculer grâce à lui la répartition de la matière dans l'Univers : 4 % de matière ordinaire, 23 % de matière sombre, le reste (presque les trois-quarts !) est probablement l'énergie noire expliquant (?) l'accélération de l'expansion de l'Univers...

2. Robert Wilson (à gauche) et Arno Penzias (à droite)

(sources : pierresiffre.spaces.live.com/)

3. l'expansion de l'univers depuis le big bang (sources : www.thetriplehelix.org/)

(Pour lire les légendes des illustrations, passer le pointeur de la souris dessus)

 

 

 

Mots-clés : Albert Einstein - relativité générale - principe cosmologique - Willem De Sitter - Alexander Friedmann - abbé Georges Lemaître - George Gamow - Edwin Hubble - céphéides - Big Bang - univers en expansion - univers stationnaire - Arno Penzias - Robert Wilson - transparence de l'univers - constante de Hubble - énergie sombre - matière noire 

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

 

 

 

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