La paléontologie est, on le sait, l’étude du passé de notre planète, un passé qui remonte à environ 4,5 milliards d’années. Elle s’appuie évidemment sur l’étude des fossiles et c’est ce que l’on appelle alors la paléontologie systématique, c'est-à-dire la recherche par études comparatives des liens de parenté existant entre les espèces vivantes et disparues. Il existe aussi une autre approche paléontologique, dite fondamentale, qui s’intéresse quant à elle à l’évolution générale au cours des temps géologiques. Quoi qu’il en soit, la paléontologie est une science – j’allais dire une démarche scientifique – essentielle car connaître son passé est primordial puisque permettant de se situer dans le cours du temps, de se repérer dans l’histoire de la planète à laquelle nous appartenons.

 
     Le temps, néanmoins, s’écoule de manière inexorable et il paraît intéressant de se demander ce que nos lointains descendants, mettons dans 100 000 ans, comprendront de ce qui est notre présent qu’ils étudieront à l’aide de leur paléontologie de ce temps-là. Or il est important de bien saisir que nous ne leur léguerons pas seulement un monde statique, plus ou moins interprétable, mais également nombre de modifications de notre milieu et de dangers potentiels : notre époque moderne est en effet différente des précédentes car l’Homme d’aujourd’hui est le premier être vivant à avoir sensiblement et durablement transformé son habitat.

 
     Nul ne peut vraiment prévoir ce que sera l’avenir à moyen et long terme. Qu’adviendra-t-il des civilisations actuelles ? Jusqu’à quel point celles-ci vont-elles vraiment se transformer ? Subsisteront-elles seulement ? Quel héritage laisserons-nous ?

 
     On parle beaucoup du réchauffement de la planète, de l’épuisement des énergies fossiles, de la conquête de l’espace, etc. mais, sans aller aussi loin, pour évoquer les problèmes qui se poseront à la paléontologie des temps futurs, prenons un exemple, celui de la gestion du stockage de nos déchets nucléaires et donc de l’information qui va avec.

le problème de l’énergie nucléaire

 
     Comme le prouve, en ces temps de réchauffement climatique, le nombre de plus en plus important de centrales en construction de par le monde, la fission nucléaire est, qu’on le veuille ou non, une des principales sources d’énergie de l’avenir (même après le raz-de-marée japonais). Il ne s’agit donc pas dans ce propos de légitimer ou non cette démarche mais d’aborder le problème difficile du stockage des déchets radioactifs qui seront à l’avenir de plus en plus abondants. La difficulté principale du problème est la demi-vie de ces substances frisant parfois le million d’années… La mémoire même entretenue par les institutions est comparativement brève, très brève : environ 500 ans selon les études les plus récentes. Dès lors, comment prévenir les générations à venir de l’endroit de ces lieux de stockage puisque l’on sait combien cette mémoire, fut-elle collective, est terriblement oublieuse ?

 
     De très nombreux scientifiques planchent sur cette question qui est emblématique de notre volonté (?) de transmettre de la façon la plus élégante possible nos problèmes d’aujourd’hui aux générations à venir. Depuis 1999, les Américains ont, par exemple, développé un projet de ce genre, le WIPP.

l’exemple du WIPP

     WIPP veut dire Waste Isolation Pilot Plant, c'est-à-dire un programme d’enfouissement des déchets toxiques qui s’accumulent depuis la fabrication de la première bombe atomique en 1942. C’est dans une ancienne mine de sel de l’état américain du Nouveau-Mexique, vers 800 mètres de profondeur, dans des strates remontant au Permien, qu’on a décidé de stocker tout un fatras d’objets hétéroclites fortement contaminés comme les machines, les combinaisons de techniciens, les outils, les fûts et récipients, les combustibles irradiés, etc. provenant de cette époque (le projet Manhattan) et de celles qui suivirent. Les radiations émises par ces objets sont évidemment mortelles pour ceux qui les côtoient d’un peu trop près… et le resteront durant des dizaines de milliers d’années. D’où l’idée d’entreposer ces matières dangereuses dans un site loin de toute vie humaine, une entreprise qui, selon les spécialistes, pourrait durer jusqu’en 2040, date où l’on procédera au rebouchage définitif du site qui sera alors protégé du monde extérieur par sa matrice de sel.

     Précisons qu’il s’agit là d’une opération exemplaire mais que toutes les puissances nucléaires du globe sont confrontées aux mêmes incertitudes. Car il existe une difficulté et de taille : comment prévenir les habitants du futur ?

prévenir le futur

     En comptant large, notre civilisation n’a pas encore atteint les dix mille ans. Pourtant que reste-t-il comme témoignages des premiers temps de notre époque actuelle ? Stonehenge dont on se perd encore en conjectures sur l’exacte signification ? Les pyramides d’Egypte si longtemps incomprises ? La grande muraille de Chine ? Quoi d’autre ? Imaginons à présent ce qui restera de nous dans 10 000 ans, dans 100 000 ans… Certains rétorqueront que notre monde a pris son essor avec la révolution industrielle et que rien ne pouvant plus l’arrêter, la transmission de la connaissance sera facile. Personnellement, j’en doute fortement. D’abord, il n’est pas dit que notre civilisation ne s’éteindra pas d’elle-même assez prochainement au cours d’une guerre apocalyptique voire d’une pandémie initiée par la folie des hommes. Et quand bien même ? Sait-on les guerres, les révolutions, les destructions, les cataclysmes plus ou moins provoqués qui risquent de se produire à plus ou moins court terme ? Or rappelons-nous, nous parlons là d’événements susceptibles de se produire dans les siècles à venir (je suis optimiste) alors que nous cherchons à prévenir des dangers physiques s’étendant sur des centaines de milliers d’années. Problème.

  
la réponse du WIPP

     Comment protéger le site ? La première option étudiée par les scientifiques américains fut… de ne rien faire du tout. Ils suggérèrent d’abandonner le lieu en l’état, la Nature se chargeant de faire oublier le projet qui, dès lors, demeurerait hors de portée des curiosités de surface puisque devenu invisible. Invisible vraiment ? Peut-être pas pour les scientifiques de l’avenir dont les outils vraisemblablement performants risqueraient de trouver une quelconque anomalie les poussant à explorer… sans aucune mise en garde. Exit cette première option.

 
     En définitive, on décida au contraire de tout faire pour que les visiteurs du futur comprennent que s’élève à cet endroit un édifice humain. Il fut donc décidé d’entreprendre la construction d’un vaste tumulus artificiel incrusté d’aimants et de 128 réflecteurs radars, le tout destiné à créer une anomalie magnétique facilement discernable. S’y ajoutent (ou s’y ajouteront) d’immenses piliers en granit (près d’une cinquantaine) de plusieurs dizaines de tonnes sur lesquels seront gravés des pictogrammes facilement compréhensibles comme, par exemple, des visages humains apeurés ou visiblement malades, tandis que des disques d’argile et d’aluminium seront enfouis au hasard dans toute la surface du site, disques reprenant les mêmes avertissements. On ajoutera sur chaque pilier des messages dans les six langues officielles des Nations-Unies (anglais, français, russe, espagnol, arabe et chinois) qui reprendront avec plus de détails les mêmes explications. Mais ce n’est pas tout : trois salles semblables mentionneront les risques de mort (deux enfouies, une à ciel ouvert) de façon à être à l’abri des ravages du temps et des éventuels profanateurs. Bref, on a vu les choses en grand. Cela suffira-t-il ? Durant quelques siècles, probablement, mais après ?

d’autres solutions ?

     Quelle pourrait être une solution susceptible de durer pendant des millénaires ? Les idées sont nombreuses mais encore faut-il qu’elles soient réalisables. Le WIPP a donc organisé une sorte de bourse aux idées sur la question et les réponses furent multiples, certaines d’entre elles assez originales. C’est ainsi qu’on a proposé – entre autres – de construire à la surface du lieu de stockage une sorte de volcan artificiel en activité constante ou une forêt de geysers. Ailleurs, on a suggéré la construction d’une gigantesque éolienne de pierre produisant un son désagréable susceptible de décourager et d’éloigner d’éventuels promeneurs ou bien encore une grande surface de pavés noirs rendant la chaleur insupportable en plein désert. Avant de choisir la solution évoquée plus haut, l’idée qui avait le vent en poupe était la plantation sur le site de yuccas génétiquement modifiés, arborant un bleu vif, de façon à suggérer des risques de mutation. Comme on peut le voir, les idées ne manquèrent pas mais elles se heurtent toujours au même problème : comment informer de la façon la plus précise possible de manière pérenne ? Comment faire comprendre qu’il y a danger à creuser sans que les habitants du futur ne pensent, au contraire, que tout ceci ne cherche qu’à dissimuler un fabuleux trésor ?

 
la réponse des Français

     L’Agence Nationale pour la gestion des Déchets RAdioactifs (ANDRA) et l’Agence pour l’Energie Nucléaire (de l’OCDE) se sont évidemment penchées sur le problème. Mais ici, pas de désert mais des communes françaises (ou européennes), donc une région tempérée. Les réflexions s’orientèrent plutôt vers l’intégration d’un éventuel bâtiment dans le tissu social des populations afin que celles-ci se l’approprient et en assurent l’entretien au cours des siècles. Il s’agirait d’un monument remarquable abritant, par exemple, des documents en papier imputrescible (les supports numériques actuels seront rapidement obsolètes… et donc également leurs outils de lecture), documents sur lesquels seront portés des informations, non pas trop alarmistes risquant d’éveiller la curiosité, mais réelles et sans exagération (Je suppose qu’on a ici voulu tenir compte de l’absence complète d’efficacité des messages cherchant à inspirer la terreur comme ceux que les anciens Egyptiens firent figurer à l’entrée des tombes de la vallée des Rois avec le succès que l’on sait). Une information objective, donc, mais sous quelle forme et dans quelle langue ? Car quel passant de 2013 comprend encore le latin ancien, voire même le français de François Villon ? Il s’agit donc ici, à l’évidence, d’une solution ne pouvant agir que sur les quelques siècles à venir…

existe-t-il une solution permanente ?

     Rien n’est éternel en ce bas monde. Plus on s’éloigne de notre époque actuelle, plus les prévisions risquent d’être prises en défaut, parfois même sur de courtes périodes : je relisais récemment quelques livres de science-fiction des années cinquante ; on y évoquait, pour l’an 2000, la conquête du système solaire par des sociétés incroyablement civilisées dominées par la Science où des populations remarquablement informées par une éducation collective parfaite cheminaient vers le bonheur absolu ! Mais jamais – et pour cause ! – la moindre allusion à un ordinateur or, aujourd’hui, comment imaginer notre monde sans l’informatique ?

     Comprendre sans trop se tromper le monde du futur me semble assez impossible. Pourtant, ce monde là, nous devons bien l’informer des scories que nous lui transmettrons. Les civilisations sont en définitive assez égoïstes. Lorsque l’industrie nucléaire aura été oubliée suite à l’épuisement des combustibles naturels (à moins que la conquête spatiale ?), comment sera alors perçu le stockage de ses déchets ? C’est une question ennuyeuse et, pourtant, ce problème, pour exemplaire qu’il soit, n’est certainement pas le seul danger que nous laisserons derrière nous et probablement pas le pire. Si, dans cent mille ans, il existe encore sur Terre une civilisation, elle sera bien différente de la nôtre. Que pouvons-nous pour elle ? Comment faire pour éviter de faire courir de graves dangers aux gens de ce temps-là ? Comment donner les moyens de nous comprendre à ces paléontologues du futur ? C’est cela l’enjeu de nos réflexions d’aujourd’hui.
 

 


Sources : Wikipedia France ; Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs (http://www.andra.fr/) ; Agence pour l’énergie nucléaire de l’OCDE (http://www.nea.fr/); WIPP (http://www.wipp.energy.gov/); Science & Vie, novembre 2008, n° 1094 ;

Images :

 1. centrale nucléaire : tours de refroidissement (sources : www.mathcurve.com)

 2. vue en surface du WIPP (sources : www.cemrc.org)

 3. salle de stockage du WIPP (sources : www-project.slac.stanford.edu)

 4. les civilisations sont-elles mortelles ? (sources : http://www.um.warszawa.pl)

  5. fresque d'une tombe de la vallée des Rois à Louxor (sources : www.studentsoftheworld.info)

 Stonehenge

     Depuis toujours les hommes se sont demandés de quoi pouvait bien être fait le monde dans lequel ils vivent et, accessoirement, de quoi se composait leur propre corps. A l’échelle macroscopique, nous avons depuis quelques siècles une idée assez précise de cette organisation mais au-delà de ce que l’on peut voir, dans l’infiniment petit, la réponse est moins claire. On évoque alors les atomes mais connait-on vraiment leurs structures et les forces qui les lient ou les font interagir ? De quoi sont-ils faits eux aussi ? Quelle est la limite de l’insécable ? La physique moderne, si elle ne peut évidemment tout expliquer, dispose de quelques pistes… Retour sur le problème.

 
     Intuitivement, certains penseurs anciens (les philosophes grecs présocratiques comme Leucippe ou Démocrite notamment) avaient soupçonné que la matière était composée de parcelles indivisibles. C’est une notion qu’on comprend empiriquement en émiettant, par exemple, une motte de terre, obtenant des parties de plus en plus petites, et si l’on pouvait continuer, des grains finalement indivisibles et permettant la conservation de cette matière, les atomes. De l’ancien concept philosophique de l’antiquité, on est passé à un concept qui demeure théorique (car non visible) mais qui est bien accepté par tous. Peut-on aller plus loin ?

Les particules élémentaires

  
     Avant de chercher à comprendre ce qui lie les particules les plus petites de la matière encore faut-il les décrire. Pour cela, le plus simple est de partir de cet atome que nous venons d’évoquer parce que c’est lui qui caractérise les éléments (le fer, le cuivre, le cobalt, etc.). De quoi est-il fait puisqu’il n’est plus comme le pensaient les philosophes grecs le « dernier grain indivisible ».

 
     En réalité, un atome est composé d’un noyau et d’électrons qui gravitent autour de lui (voir le sujet mécanique quantique). Le noyau atomique est lui-même formé de structures plus petites, les protons et les neutrons. Comme leur appellation l’indique, les neutrons sont neutres tandis que les protons sont chargés positivement et les électrons négativement. C’est cet équilibre et le nombre des constituants qui caractérisent un atome (de fer, de plomb, etc.). Toutefois, si l’électron est bien une particule élémentaire (c'est-à-dire indivisible) comme l’est également le photon qui transporte l’information lumineuse, ce n’est pas le cas des protons et des neutrons qui peuvent être scindés en particules encore plus petites : les quarks.

 
     On sait à présent qu’il existe des quarks de différente nature (six pour être précis et possédant des noms assez exotiques : down, up, strange, charm, bottom ou beauty et top ou truth). On leur donne également, à ces quarks, des noms de couleur (en fait un moyen de les caractériser car cela n’a rien à voir avec les couleurs que nous connaissons). Tout cela est très compliqué et a d’ailleurs valu à Murray Gell-Mann le prix Nobel de physique en 1969 pour les avoir le premier décrits. Ce qu’il faut comprendre, c’est qu’il s’agit là des composants intimes de la matière et qu’ils interagissent les uns avec les autres et… mais à propos, comment pourraient-ils interagir puisqu’ils ne se « touchent » évidemment pas ? Quelles sont les " forces " qui les lient ? D’autres particules élémentaires qui ne serviraient qu’à ça ? C’est tout l’objet du modèle standard actuellement en vigueur en physique fondamentale : nous aurons l’occasion d’y revenir mais, auparavant, il faut justement préciser quelles sont les « forces » présentes dans l’univers.

Les différentes forces de l’univers

   
     On pense que ces forces universelles – qu’on appelle forces fondamentales – étaient de même puissance au moment du Big Bang puis qu’elles ont divergé. Elles sont au nombre de quatre :

 
               • L’interaction électromagnétique qui est responsable de la plupart des phénomènes que nous pouvons observer à notre échelle (lumière, magnétisme, réactions chimiques, électricité, etc.). Elle peut être attractive ou répulsive selon les charges électriques (pensez à deux aimants que l’on rapproche l’un de l’autre) et elle est transportée par les photons.

 
         • L’interaction nucléaire forte : c’est la force qui est responsable de la cohésion des quarks entre eux (et c’est accessoirement la force d’interaction la plus puissante connue). Elle permet ainsi la cohésion des noyaux des atomes, si difficiles à briser, mais ne s’exerce que sur une distance infime, subatomique. Elle est transportée par une particule appelée gluon sur laquelle nous reviendrons plus tard.

 
         • L’interaction nucléaire faible : c’est la force qui est responsable de la radioactivité β. Beaucoup moins puissante que l’interaction forte que l’on vient d’évoquer, elle possède, elle aussi, un rayon d’action très court. Ses transporteurs sont les bosons sur lesquels nous reviendrons aussi.

 
            • Et la gravitation : c’est la force qui lie les objets massifs entre eux et, donc, par exemple, les planètes, les étoiles ou les galaxies.  Nous avons déjà eu l’occasion d’en parler longuement dans un sujet précédent (voir sujet relativité générale).

     Or ce qu’aiment par-dessus tout les scientifiques, ce sont les choses simples. Ils pensent en effet que lorsqu’on a recours à des théories compliquées, faisant appel à un grand nombre de paramètres indispensables, c’est qu’on ne sait pas vraiment résoudre le problème. Toute la démarche des physiciens au cours de ces dernières décennies aura donc consisté à décrire, expliquer et essayer d’unifier ces différentes forces afin d’obtenir un modèle simple et cohérent. Pour cela, ils disposent de deux grands outils : la physique macroscopique de la relativité générale et la physique quantique.

Les deux physiques

     La relativité générale, on l’a déjà dit, s’occupe de l’espace-temps macroscopique et donc explique ce que sont les caractéristiques de la force qui s’exerce à cette échelle, la gravitation. Pour résumer brièvement, disons que la relativité générale explique la gravitation comme une fusion de l’espace et du temps. Pour mieux faire comprendre cette fusion, on prend souvent l’exemple d’un tapis mousse sur lequel un objet lourd imprime une empreinte d’autant plus grande que l’objet est pesant. Un objet plus petit situé à proximité de lui ne peut alors que suivre la courbure de la cuvette ainsi formée (on parle de géodésique). La lumière elle-même (ou plutôt les photons qui la transportent) suit la courbure ainsi créée.

       La physique quantique, elle, et nous en avons déjà parlé (voir sujet mécanique quantique), s’intéresse à l’univers subatomique et donc aux trois forces restantes déjà citées, électromagnétisme et interactions forte et faible. Elle se propose de décrire les particules élémentaires intervenant à cette échelle et ce qui les fait interagir. Elle divise ces particules en deux groupes : les fermions et les bosons. Les fermions sont les particules élémentaires que nous avons déjà évoquées et qui constituent la matière proprement dite, par exemple les quarks ou les électrons. La mécanique quantique introduit un deuxième groupe de particules qui, cette fois, sont des particules de liaison entre les fermions et elle les appelle des bosons. A chaque particule élémentaire du groupe fermions doit donc correspondre une particule de liaison spécifique du groupe bosons. Les scientifiques n’ont évidemment pas encore tout découvert : la preuve en est qu’il existe des fermions auxquels ne correspondent aucun boson et des bosons qui n’ont pas de correspondants chez les fermions. Compliqué ? Pas tant qu’il y paraît.

 
     Prenons un exemple, celui d’un quark isolé. Une telle particule élémentaire isolée n’a pas de masse et n’interagit avec rien. Dans l’univers, il existerait un bain constant de bosons et dès qu’une particule pénètre un champ de bosons, ces derniers s’agglutineraient autour d’elle en lui conférant dès lors une masse et la possibilité d’interagir avec d’autres fermions : ces bosons intervenants sont appelés « bosons de Higgs », du nom du scientifique qui le premier postula leur existence (il existe d’autres bosons pour des fermions spécifiques mais le boson universel est le boson de Higgs). Pour le mettre en évidence on a construit des outils spécifiques qui sont ici des accélérateurs de particules. L’idée est « d’accélérer » les particules à une vitesse incroyable avec l’espoir de faire éclater les liaisons fermions-bosons, libérant ainsi ce fameux boson de Higgs : c’est cela l’intérêt considérable du LHC (du CERN à Genève), fleuron de la recherche fondamentale européenne. Et cela a marché ! En juillet 2012, ce fameux boson de Higgs a pu être mis en évidence au CERN (avec 99,9% de certitude), mettant par là-même un terme à une recherche de près de cinquante ans... On trouvera un article spécialement consacré à cette remarquable découverte dans ce blog (voir le sujet : le boson de Higgs).

 
     En faisant correspondre équations et observations, les physiciens ont donc pu construire une théorie générale pour unifier tout cela : le modèle standard.

Le modèle standard

     C’est la première approche – actuelle - d’une théorie permettant d’unifier toutes les forces présentes dans l’univers que ce soit à l’échelle macroscopique (relativité générale) ou microscopique (physique quantique). Dans ce modèle, un certain nombre de forces ont été unifiées :

 
              • magnétisme et électricité donnent l’électromagnétisme ; ici, pas de problème : les fermions sont agglutinés par les photons qui n’ont pas de masse ;

 
       • l’interaction faible et électromagnétisme donnent l’électrofaible ; cette force électrofaible concerne les bosons W et Z qui ont une masse (cela est expérimentalement prouvé) : il faut donc leur faire correspondre un boson sans masse, le boson de Higgs qui, en s’agglutinant à eux leur conférerait cette masse.

 
               • l’interaction forte (gérée par des bosons particuliers, les gluons) associée à la force électrofaible donne le modèle standard.

     Alors, tout est parfait ? Eh bien non parce qu’il reste une force que l’on n’arrive pas à unifier avec les autres : la gravitation. On n’a pas encore trouvé dans le domaine quantique les éléments pouvant correspondre à la gravitation pourtant expliquée avec un succès jamais  démenti par la théorie de la relativité générale. Si l’on y arrivait, on obtiendrait ce que certains appellent la théorie du tout mais il y a un problème : le boson responsable de la gravitation manque toujours à l’appel. On l’appelle le graviton mais son existence est toute théorique et il n’a jamais été mis en évidence nulle part. Voilà donc encore beaucoup de travail en perspective… Ajoutons à cela que la plus grande partie de la matière échappe à notre compréhension (voir sujet matière noire et énergie sombre). Il n’empêche, les connaissances scientifiques sur la matière ont quand même bien progressé ces dernières années…

     Nous ne connaissons pas encore toutes les caractéristiques et toutes les formes que prend la matière qui compose notre univers. Toutefois, on peut aujourd’hui penser que tout est matière et que ce qui ne semble pas l’être (?) vient du fait que ses constituants n’ont pas encore été clairement identifiés. De nos pensées intimes aux plus grandes des galaxies, tout est supporté par des particules, en quantité et en formes évidemment variables, mais relevant toutes de la matière. Je me doute que cette affirmation peut en effrayer certains mais qu’ils se rassurent car, au bout du compte, ce qui importe véritablement, ce n’est pas la nature des choses mais l’usage qu’on en fait.

Images

 
     1. Stonehenge (sources : www.marxer.org)

      2. quark (sources : www.pentek.com)

    3. galaxies émergentes grâce aux forces de la gravitation (sources : pagesperso-orange.fr/ainvo)

     4. le LHC du CERN à Genève (sources : blog.nanovic.com.au)

     5. simulation de la désintégration d'un boson de Higgs dans un accélérateur de particules (sources : www.in2p3.fr)