Les Forêts primaires

La préservation et le développement de la biodiversité

Une séquestration naturelle du carbone pour la préservation et la diversité de notre écosystème planétaire

Une solution efficace pour la régénération de la nappe phréatique et la fixation du CO²

Qu’est-ce qu’une forêt primaire ? C’est une forêt qui est restée indemne de toute activité humaine au cours de son existence, et ses processus écologiques n’ont connu aucune perturbation. Il s’agit également de « forêts vierges » pour désigner des écosystèmes riches et complexes.

Une biodiversité d’exception

Un tiers des forêts du monde sont encore des forêts primaires. Elles sont particulièrement concentrées en Amazonie, en Indonésie et dans le bassin du Congo. La Guyane française, avec 90 % de forêts primaires sur son territoire, représente l’une des zones les plus vastes. Tous ces écosystèmes sont des forêts tropicales, caractérisées par leur richesse biologique.

Les forêts tempérées primaires se trouvent, quant à elles, en Colombie-Britannique, aux Etats-Unis, en Tasmanie et en Patagonie. En Europe, seules quelques forêts sont restées vierges de toute exploitation. La forêt de Bialowieza en Pologne est la plus ancienne, et l’une des dernières, forêt vierge d’Europe, formée il y a 10.000 ans lors de la dernière glaciation. Elle est le refuge des derniers bisons d’Europe.

Chaque année, 15 millions d’hectares de forêts tropicales primaires, soit la superficie de l’Angleterre, sont déboisés. Une forêt secondaire pousse après la destruction d’une forêt vierge. Elle comporte cinq fois moins d’espèces végétales.

L’exploitation et la fragmentation des forêts ont débuté en Europe après la Seconde Guerre mondiale, à l’occasion de la grande reconstruction. D’après l’UNEP, le programme des Nations Unies pour l’environnement, plus de 80 % des forêts originelles ont été abattues au cours du siècle dernier : chaque jour, l’équivalent forestier d’un terrain de football disparaissait.

La déforestation n’est pas la seule activité en cause dans la dégradation des forêts. Certaines pratiques agricoles rendent les sols pauvres et acides, empêchant toute repousse. Pour lutter contre la perte des forêts primaires, des réseaux d’aires protégées, comme l’Office National des Forêts en France, apparaissent partout dans le monde. Ils participent à la réglementation et la surveillance de ces ressources naturelles.

Une forêt primaire est composée d’espèces indigènes où aucune trace d’activité humaine passée ou présente n’est clairement visible. Ce sont des forêts intactes (ou originelles), ou des forêts à haut degré de naturalité n’ayant jamais été détruites ni très exploitées, ni fragmentées, ni directement ou manifestement influencées par l’Homme. Elles sont capables d’assurer leur pérennité selon un processus évolutif appelé sylvigenèse.

Les forêts primaires sont des réservoirs de biodiversité qui présentent une valeur biologique et écologique très variable. Si les forêts tropicales et équatoriales sont dotées de hauts niveaux de biodiversité, les forêts tempérées et boréales ne peuvent contenir qu’un nombre limité d’espèces végétales et animales. Néanmoins, la superficie des forêts primaires fait partie de plusieurs indicateurs de l’état des écosystèmes forestiers et ces forêts vierges fournissent de nombreux services écosystémiques autres que la conservation de la biodiversité : conservation des sols et des eaux, séquestration du carbone et préservation de valeurs esthétiques, culturelles et religieuses.

Toutes les forêts anciennes ne sont pas primaires, elles sont dites secondaires quand elles sont régénérées depuis longtemps sur une forêt autrefois détruite ou dégradée, significativement modifiée ou exploitée par l’homme.

Dégradation et recul des forêts primaires

Les zones de forêts primaires sont de plus en plus rares dans le monde. Elles sont aussi de plus en plus fragmentées et isolées, en particulier dans l’hémisphère nord. La plupart des forêts dites anciennes n’y couvrent que de très faibles territoires (20 à 300 hectares) souvent sur des sols pauvres et acides.

Dans les années 1980, l’Europe a pris conscience de la nécessité d’en protéger les reliques, mais aussi de les intégrer dans un véritable réseau d’aires protégées, dont en Europe via le Conseil de l’Europe, dans le cadre d’un réseau écologique paneuropéen, mais ce travail n’a pas été subsidiairement suivi par les Etats-membres.

Entre 2014 et 2016, les forêts primaires ont perdu chaque année une surface de 90.000 km², équivalente à celle de l’Autriche, et le rythme de destruction s’accélère.

En 2018, l’université du Maryland estime qu’au rythme actuel, les forêts primaires auront disparu d’ici 2030 au Paraguay, au Laos et en Guinée équatoriale, et d’ici 2040 en Centrafrique, au Nicaragua, en Birmanie, au Cambodge et en Angola.

Une reforestation des forêts primaires dégradées

Depuis les années 1990, beaucoup d’écologues soutiennent la thèse selon laquelle une forêt primaire ayant subi un déboisement anarchique a peu de chance de régénérer naturellement. En effet, la repousse des végétaux après coupe ou incendie d’une forêt primaire donne une forêt secondaire. Or, l’écologue américaine, Robin Chazdon et ses collègues costaricains ont constaté au cours de décennie d’études de chronoséquences de forêts tropicales secondaires dans la station biologique de « La Selva », une reconstitution progressive du sous-bois et des étages supérieurs occupés par un mélange de plantes et d’arbres, y compris par des essences d’intérêt commercial. L’écosystème forestier ainsi reconstitué accomplit ses fonctions écologiques essentielles, et assure un retour à la biodiversité.

Même s’il convient de rester prudent sur ces études, la régénération naturelle de la forêt primaire apparaît comme une voie intéressante à la reforestation des millions d’hectares décidés par l’ONU dans le cadre du Défi de Bonn (350 millions d’hectares de reforestation d’ici à 2030). Cette solution de la régénération naturelle semble une alternative à la coûteuse plantation de monoculture d’arbres, même si elle prend plus de temps et que l’on ne sait pas exactement ce que l’on obtiendra en termes de composition d’essences. En effet, chaque site de régénération de forêt tropicale, même avec un sol et un climat similaire, « tend à suivre son propre chemin ».

Robin Chazdon, dans son livre « Second Growth », synthétise ses longues recherches sur la forêt secondaire et explique comment la forêt tropicale se régénère d’elle-même à moindre coût et à moindre effort, et ce qu’il faut faire si elle n’y parvient pas. Stephen Hubbell, écologue des communautés tropicales à l’université de Californie à Los Angeles salue la démarche de sa collègue. Maintenant que l’Homme a défriché les trois quarts des forêts primaires, les Etats portent un regard nouveau sur les forêts secondaires restantes, y voyant désormais un élément essentiel pour reconstituer la biodiversité et fournir des services écosystémiques tels que l’approvisionnement en eau potable et la fixation du CO².

En 2021, le botaniste français Francis Hallé lance un projet de régénération d’une forêt primaire en Europe qui devrait s’étendre sur plusieurs siècles, le principe étant de laisser se régénérer le tissu forestier sans intervention humaine.

Une très belle initiative et un beau projet pour la forêt à soutenir

Laisser se reconstituer une forêt primaire en Europe de l’Ouest

A l’initiative du botaniste Francis Hallé, l’association agit pour la création d’un vaste espace de dimension européenne et de grande superficie – environ 70 000 hectares – dans lequel une forêt intacte évoluera de façon autonome, renouvelant et développant sa faune et sa flore sans aucune intervention humaine, et cela sur une période de plusieurs siècles. Cette zone, restant à localiser, sera transfrontalière, avec une base française.

Parce que l’arbre nous est vital

L’arbre, avec son milieu floristique et faunistique, nous est vital. C’est de lui, des sommets de la canopée équatoriale africaine, que nous sommes venus. Le milieu qu’il anime, plantes, animaux, êtres vivants de toutes natures, la forêt dans toute sa liberté d’expression, est une condition d’existence de notre humanité. Il produit l’oxygène que nous respirons.

Il est urgent de laisser de vastes espaces naturels en libre évolution.

Qu’est-ce qu'une forêt primaire ?

Une forêt primaire est une forêt qui n’a été ni défrichée, ni exploitée, ni modifiée de façon quelconque par l’homme. C’est un joyau de la nature, un véritable sommet de biodiversité et d’esthétisme.

Captation du CO2, régulation du climat, réserve de biodiversité, reconstitution des ressources hydriques… ses bénéfices sont inestimables.

Une forêt primaire est beaucoup plus belle et beaucoup plus riche en formes de vie qu’une forêt secondaire, dégradée, appauvrie. En Europe de l’Ouest, ces forêts « gérées » ont progressivement remplacé les forêts primaires.

Pour obtenir une forêt primaire on estime qu’il faut 1000 ans à partir d’un sol nu, environ 800 ans à partir d’une forêt secondaire.

Pour les personnes éventuellement intéressées à apporter leurs contributions à cette association et à ce fantastique projet. Merci pour votre soutien. Cette diffusion d’information est une contribution purement bénévole.

Pour plus d’informations le site de l’association :

https://www.foretprimaire-francishalle.org/

Antimatière

Au seuil de l’antimonde

Grande première au Cern de Genève : les physiciens viennent d’assembler des antiélectrons et des antiprotons pour former les neuf premiers anti-atomes d’hydrogène. L’aboutissement d’une longue quête. Et l’amorce de la réponse à une question clé : l’antimonde respecte-t-il les mêmes lois que notre monde ? On savait qu’au moment du big bang, il existait dans l’Univers autant de matières que d’antimatière. Mais justement la nature a choisi la première.

Pourquoi ? Comment ? L’expérience du Cern va permettre de mieux le comprendre. Du coup, on se prend à imaginer l’impossible : ira-t-on demain visiter les étoiles, à bord de vaisseaux propulsés par l’antimatière ? Ce « carburant » très spécial ne manque pas d’arguments. Et fait déjà rêver quelques ingénieurs…

I – Ils ont créé des anti-atomes

On connaissait déjà les antiparticules. Les physiciens viennent d’assembler des anti-électrons et des anti-protons pour former les premiers anti-atomes d’hydrogène. L’aboutissement d’une longue quête. Et une étape décisive dans la compréhension de l’Univers.

Neuf anti-atomes ont vécu, l’espace de quelques milliardièmes de seconde, à l’intérieur d’un accélérateur du CERN (le Centre européen de recherche sur la physique des particules). Ces anti-atomes d’hydrogène, les premiers créés par l’homme, sont-ils les seuls de l’Univers ? Ou bien ont-ils, quelque part, des frères naturels que nous ignorons, au sein d’un anti-monde, symétrique du nôtre, qui n’a jamais laissé entrevoir le moindre signe de son existence ? Mystère. En un sens, le plus extraordinaire n’est pas qu’on ait réussi à fabriquer de l’antimatière, c’est bien qu’il n’y en ait pas davantage !

Première apparition dans une équation en 1931

Car les lois de la physique sont symétriques. Et l’on voit mal pourquoi elles auraient façonné un monde unilatéral uniquement composé de matière. L’antimatière a d’abord été une théorie avant d’être matérialisée en laboratoire. C’est dans une équation qu’elle a fait sa première apparition, en 1931. En ces décennies 20 et 30, qui furent l’âge d’or de la physique contemporaine, chaque année apportait sa moisson de nouvelles particules et de découvertes « révolutionnaires » sur la structure de l’atome. La toute nouvelle théorie quantique révélait le comportement étrange et paradoxal de ce monde microscopique.

Un jeune mathématicien britannique, Paul Dirac (1902-1984), cherchait alors à décrire mathématiquement le comportement des électrons, en conciliant les deux grands principes de la physique moderne : la théorie quantique et la relativité restreinte d’Einstein (qui s’applique aux objets dont la vitesse est proche de celle de la lumière). Dirac voulait en fait généraliser l’équation quantique de l’électron, de sorte qu’elle s’applique aussi à un électron très rapide, « relativiste » comme disent les physiciens. Il trouva effectivement une magnifique équation, à la fois quantique et relativiste, qui, de surcroît, faisait apparaître spontanément, comme par miracle, des propriétés de l’électron qu’on avait mesurées par l’expérience.

Pourtant, cette équation souffrait d’une incohérence apparente : elle admettait deux solutions, l’une décrivait un électron « normal », l’autre semblait correspondre à une particule d’énergie négative. Ce qui est rigoureusement impossible, car, si l’énergie était négative, la matière, qui tend à avoir l’état d’énergie le plus bas possible, s’effondrerait sur elle-même. De plus, un électron d’énergie négative serait affublé d’une fréquence négative (en physique quantique, toute particule est associée à une onde, dont la fréquence est proportionnelle à l’énergie de la particule. Ce qui revient à dire qu’il remonterait le temps ! Or, la relativité repose sur un principe intangible : la cause doit toujours précéder l’effet. Dans ce cadre, le renversement du temps, qui implique que l’effet précède la cause (le film passant à l’envers), est inacceptable.

Malgré ces apparentes contradictions, Dirac ne voulait pas abandonner son équation, par ailleurs si satisfaisante. Aussi proposa-t-il une autre interprétation, qui retournait la situation. Une particule d’énergie négative remontant le temps est mathématiquement équivalente à une particule d’énergie positive parcourant le temps dans le bon sens, qui aurait la même masse mais une charge électrique opposée : un électron de charge positive et non plus négative, autrement dit un anti-électron.

Moins d’un an plus tard, en étudiant le rayonnement cosmique, l’Américain Carl Anderson – qui ignorait tout de l’audacieuse hypothèse de Dirac – observe sur un cliché de détecteur la trace d’une particule inconnue. Sa courbure, dans le champ magnétique de la chambre, désignait une particule positive, mais de masse égale à celle d’un électron : c’était l’anti-électron (également appelé positron, ou encore positon) prédit par Dirac ! En fait, cette particule étrange était issue d’un rayon cosmique qui, en entrant en contact avec les atomes de l’atmosphère, avait « matérialisé » une partie de son énergie en une paire électron-positron. En effet, les rares antiparticules naturelles qu’on observe sur Terre sont des produits « secondaires » des particules cosmiques.

Toute particule possède une antiparticule

Plus tard, généralisant son équation, Dirac montrera que, dans le cadre d’une théorie à la fois quantique et relativiste, la matière doit nécessairement posséder une image symétrique. Autrement dit, toute particule admet une antiparticule dont toutes les charges sont opposées. Les charges et pas seulement la charge électrique ! Si cette dernière est bien connue, les autres « charges » sont des propriétés purement quantiques (agissant au niveau microscopique), qui déterminent l’identité de chaque particule, mais n’ont pas de traduction dans le monde qui nous est familier (macroscopique).

Ainsi, de même que la charge électrique définit la façon dont la particule réagit vis-à-vis de la force électromagnétique, les autres charges (appelées isospin, charge de couleur, hypercharge…) caractérisent la particule vis-à-vis d’autres interactions, cantonnées au niveau microscopique. Ainsi, bien que le neutron soit électriquement neutre, il existe un antineutron dont le moment magnétique est inversé par rapport à celui du neutron. En revanche, le photon n’a pas d’antiparticule, ou, plus exactement, il est lui-même sa propre antiparticule, car toutes ses charges sont nulles. Jusqu’à présent, la règle s’est toujours vérifiée : toute particule connue possède bien une antiparticule.

Des milliards de collisions en trois semaines

Depuis la découverte de l’antiproton, en 1955, l’antimatière s’est banalisée, puisque les physiciens ont appris à la fabriquer (par des chocs de particules), à la récupérer et à l’utiliser sous forme de faisceaux pour provoquer de nouvelles collisions. Plusieurs collisionneurs électrons-positrons ont ainsi été construits à travers le monde, le plus puissant étant le LEP du CERN. Car les antiparticules ont un grand avantage pratique : elles permettent de réduire de moitié les systèmes d’accélération électrique et de guidage magnétique des collisionneurs. En effet, les électrons et les positrons ayant des charges électriques opposées, un unique champ électrique et un unique champ magnétique imposent aux deux faisceaux des trajectoires rigoureusement inversées.

Poursuivant un objectif analogue, le physicien néerlandais Simon Van der Meer trouva le moyen, en 1975, de réaliser des faisceaux denses d’antiprotons, ce qui permit de transformer un cyclotron du CERN en collisionneur protons-antiprotons. C’est dans ce collisionneur qu’une équipe internationale dirigée par Carlo Rubbia découvrit, en 1983, les bosons W et Z (particules qui véhiculent la force faible). L’année suivante, cet exploit expérimental valut au physicien italien un prix Nobel partagé avec Van der Meer.

La production de ces antiparticules « libres » étant maîtrisée, il restait à découvrir, ou à fabriquer, des antiatomes, c’est-à-dire de l’antimatière au vrai sens du terme. L’exploit vient d’être accompli, au CERN, par vingt-trois physiciens allemands et italiens réunis, sous la houlette de Walter Oelert, autour de l’accélérateur LEAR (Low Energy Antiproton Ring). Des antiprotons ont rencontré des antiélectrons, pour donner naissance à neuf antiatomes d’hydrogène. Le principe est très simple, l’expérience plus délicate.

Dans le cyclotron LEAR, un carré aux coins arrondis de 20 m de côté, un milliard d’antiprotons effectuent trois millions de tours par seconde. On injecte sur leur trajet un fin jet de gaz xénon : à chaque tour, quelques antiprotons rencontrent des noyaux de xénon, et il arrive – très rarement – qu’une partie de l’énergie du choc se matérialise en paire électron-positron.

Quand, de plus (par bonheur…), la différence entre la vitesse du positron et celle de l’antiproton est suffisamment faible, ces deux antiparticules parviennent à s’unir pour former – enfin – un antiatome d’hydrogène. Celui-ci poursuit sa route en ligne droite sans  être dévié par les aimants, car, tout comme un atome ordinaire, il est électriquement neutre. Il aboutit, 10 mètres et 40 milliardièmes de seconde plus loin, sur une plaque de silicium. La rencontre avec la matière lui est fatale : il s’annihile instantanément.

C’est cette double désintégration d’un antiélectron et d’un antiproton, mesurée par deux détecteurs, qui prouve la création d’un antiatome. Les milliards de collisions enregistrées en trois semaines d’expérience ont donné naissance à neuf antiatomes d’hydrogène. C’est ce qu’affirment Oelert et son équipe, après avoir minutieusement vérifié, pendant trois mois, les calculs et les enregistrements. Même si, en raison de l’importance du bruit de fond, certains de leurs collègues doutent de la valeur du résultat…

Une anti-pomme tomberait-elle de son anti-arbre ?

Mais on ne crée pas des antiatomes pour le plaisir de relever un défi. Ou pas seulement. L’objectif réel, primordial, est de vérifier si la symétrie la plus fondamentale de toute la physique, dite CPT, est toujours respectée « Pourquoi le monde a vaincu l’antimonde ». Il s’agit de répondre à des questions de fond : les antiatomes se comportent-ils bien comme des atomes vis-à-vis de la gravitation ? Une anti-pomme tomberait-elle de son anti-arbre ? Pour le vérifier, neuf antiatomes d’hydrogène éphémères ne suffisent pas, on aurait besoin de milliards d’antiatomes stables.

En fait, les espoirs se tournent vers une autre voie, explorée en particulier par Gerald Gabrielse, de l’université Harvard, la création d’antimatière « froide ». Ainsi, le physicien américain parvient déjà à conserver des antiprotons à – 269° C pendant des semaines, dans un « piège » magnétique. On sait également mettre des positrons en « bouteille ». Reste le plus difficile : verser le contenu de la bouteille dans l’autre !

II – Pourquoi le monde a vaincu l’antimonde

Au départ, il y a le big bang. A ce moment, il existe dans l’Univers autant de matière que d’antimatière. La nature choisira la première. Pourquoi ? Comment ? La science commence à le comprendre…

S’il est une énigme qui a longtemps hanté le sommeil des astrophysiciens, c’est bien celle de l’antimatière. Son absence les dérangeait : ils avaient beau la chercher dans les recoins les plus éloignés de l’univers visible, ils n’arrivaient pas à mettre la main dessus. Or, cette absence mettait à mal les théories les plus cohérentes sur l’origine de l’Univers. Jusqu’à récemment, l’astrophysique ne parvenait pas à expliquer qu’il puisse y avoir de la matière sans qu’il existe une quantité égale d’antimatière…

Mais, grâce à une intuition géniale du théoricien soviétique de l’antimatière Andreï Sakharov (ou plutôt du théoricien antisoviétique de la matière), les scientifiques sont aujourd’hui en passe de résoudre l’énigme. La création, au CERN, du premier atome d’anti-hydrogène va confirmer – ils l’espèrent – leurs hypothèses. Essayons de comprendre pourquoi.

Quoi de plus naturel, lorsqu’on croque une pomme, de se dire que plus on en mange, moins on en a, autrement dit qu’on réduit la pomme d’une quantité égale à celle du morceau qu’on a croqué. Cette expérience a beau être intuitive, elle n’en porte pas moins un nom savant : le principe de symétrie. Celui-ci veut que ce qui disparaît ici – dans la pomme – apparaisse là – dans la bouche -, de sorte que se conserve toujours la même quantité de matière. Pourtant, l’astrophysicien se méfie de ce principe, et il n’a pas tort. Car ce qui fait que nous existons, c’est justement la violation de la symétrie. Bref, l’Univers doit son existence à un drôle de principe qui veut qu’une pomme qu’on croque demeure toujours entière.

Un exemple : selon l’hypothèse la plus vraisemblable aujourd’hui, l’Univers a eu un commencement, c’est la théorie du big bang. Bien qu’il soit impossible de parler d’un « avant big bang » - car celui-ci marque le début de l’espace et du temps -, on s’accorde à dire qu’au moment du big bang il y a eu création de matière à partir de rien ou plus exactement à partir du vide ! Heureusement, la physique quantique, celle qui s’occupe de l’infiniment petit, a réussi à expliquer ce phénomène sans porter atteinte au principe de symétrie, grâce au paradigme matière-antimatière.

En effet, s’il se crée dans le vide une particule de matière, il faut que simultanément se crée son antiparticule : le volume de « vide » dans la pomme doit être le même que le volume de pomme qu’on a croqué. Le principe de symétrie est sauvé. Mais comment le vide peut-il engendrer quelque chose ? Suivant la physique quantique, quelle que soit la situation, une probabilité constamment nulle n’existe pas. Ce qui veut dire qu’il ne peut y avoir de vide total tout le temps.

Le vide quantique est donc non pas le néant mais un lieu où il n’y a pas de particules réelles. Il est le siège de fluctuations d’énergie. Reprenons le scénario classique du big bang : c’est d’une immense fluctuation quantique du vide qu’est né un intense rayonnement (les photons), dégageant une chaleur de l’ordre de 1032 degrés ! L’énergie de fluctuation s’est changée en énergie rayonnante.

Comme l’a expliqué Einstein, au début du siècle, l’énergie peut se transformer en matière et vice-versa (la fameuse équation E = mc²). Voilà donc des milliards de photons super-énergétiques qui se muent en particules et en antiparticules antagonistes (surtout des quarks, mais aussi des électrons… avec leurs antiparticules) suivant la théorie élaborée par Dirac en 1931. Elles s’annihilent à nouveau pour donner des photons – car lorsqu’une particule rencontre son antiparticule, elles se désintègrent mutuellement en produisant un feu d’artifice de lumière. Pendant ce temps, la température chute, du fait de l’expansion de l’Univers : ce magma de rayonnement, matière et antimatière, se répand dans toutes les directions.

Dans les années 60, les physiciens pensaient que, puisque au début il y a du vide, il faut que l’union de toutes les particules et antiparticules créées redonne du vide, toujours pour respecter le principe de symétrie. Bref, à ce moment de l’histoire de l’Univers, on trouve autant d’antiparticules que de particules. La suite de l’histoire était la suivante : plus la température baisse, plus les photons ont du mal à se transformer en couples de particules antagonistes puisqu’ils perdent de l’énergie. L’expansion rend plus rare la rencontre – donc l’annihilation – des particules et de leurs antiparticules. Selon cette hypothèse, simple, la séparation de la matière et de l’antimatière expliquerait l’existence de l’Univers.

On aurait pu s’en tenir à ce scénario à condition de « retrouver » l’antimatière censée être née avec la matière. Où est-elle passée ? Telle était la question. Hélas, les observations ne fournirent pas la réponse : notre galaxie et les galaxies environnantes sont constituées de matière pure !

L’astrophysicien suédois Hannes Alfvén, prix Nobel de physique 1970, émit l’hypothèse légèrement différente : l’Univers est bien constitué de matière et d’antimatière en quantités égales, mais isolées, car se repoussant comme l’huile et l’eau. Il existerait alors, quelque part dans l’Univers, une « frontière d’annihilation » trop éloignée pour que nous puissions l’observer.

Comment justifier une telle hypothèse ? A priori, les particules de matière et d’antimatière s’attirent. On observe depuis longtemps ce phénomène dans les accélérateurs de particules. Mais cette attraction est surtout de nature électromagnétique, car leurs charges électriques sont opposées. Cependant, on ne sait quel rôle joue dans cette attraction la force de gravité, celle qui est en jeu dans les grandes structures de l’Univers. Les lois de la gravitation universelle – énoncées par Newton et élargies par Einstein dans la relativité générale – veulent que deux corps solides s’attirent d’autant plus intensément que leur densité est grande. C’est notamment la raison pour laquelle nous restons les pieds sur Terre.

La Lune, elle, est six fois moins dense que la Terre. Son attraction est donc six fois moins importante : les sauts de « sept lieues » des astronautes américains d’Apollo 11 sur la surface de la Lune l’illustrèrent de belle façon. Toujours est-il qu’on ne sait pas si cette loi d’attraction est valable pour l’antimatière. En effet, entre les particules et les antiparticules obtenues jusqu’à présent dans les accélérateurs, l’attraction électromagnétique masquait l’attraction gravitationnelle (moins forte à cette échelle).

L’obtention d’atomes d’anti-hydrogène (de charge électrique nulle) au CERN pourrait permettre d’observer l’interaction gravitationnelle avec des atomes d’hydrogène. Si la matière et l’antimatière se repoussent gravitationnellement, alors l’hypothèse d’un monde séparé d’un antimonde par une frontière est plausible. Mais l’existence d’une telle « répulsion gravitationnelle » est fortement improbable. Comme nous l’indique le physicien Alain Bouquet, du laboratoire de physique corpusculaire du Collège de France, « imaginer un effet répulsif de nature gravitationnelle contredirait l’une des hypothèses de base de la relativité générale, qui veut que tout corps plongé dans l’espace produise un effet d’attraction (principe d’équivalence), et cela vaut aussi bien sûr pour l’antimatière ».

La relativité générale, qui, depuis plus de soixante-dix ans, n’a pas rencontré de contradiction expérimentale, a donné à l’Univers un cadre théorique très cohérent. Il y a peu de chances qu’elle soit contredite. De ce côté-là, c’est donc l’impasse… même si quelques astrophysiciens francs-tireurs n’ont pas perdu espoir.

Parallèlement à cette théorie de l’existence de deux antimondes séparés, Andreï Sakharov émit, en 1967, une hypothèse qui s’intégrait parfaitement au modèle du big bang : grâce aux fluctuations d’énergie (mécanisme décrit plus haut), le vide a engendré autant de matière que d’antimatière, mais c’est pendant le refroidissement et l’expansion de l’Univers que la nature a opté pour la matière. L’antimatière n’y existe donc plus. Sakharov expliquait ce « choix arbitraire » de la nature par ce qu’il a appelé la « brisure de la symétrie ». Et nous voilà revenus au problème de symétrie !

Les physiciens disposent en effet d’un très beau théorème mathématique qui permet de garder leur hypothèse dans le droit chemin de la science. D’après celui-ci, toute théorie physique doit respecter certains principes, notamment ne pas engendrer de contresens logique du type « la conséquence précède la cause ». Ainsi, une théorie qui aurait pour conséquence qu’une pièce soit éclairée avant que la lumière soit réellement allumée serait immédiatement écartée.

Ce théorème fut démontré dans les années 40. Sous son appellation quelque peu barbare de « théorème CPT » se cache un concept simple : un événement à l’échelle des particules peut se produire dans la nature si l’événement opposé peut également survenir avec la même probabilité. En d’autres termes, les équations doivent rester valables si on remplace la charge de la particule par sa charge opposée (C), si on inverse la distribution spatiale (P) – comme si on regardait la particule dans un miroir -, si on inverse enfin le déroulement du temps (T), c’est-à-dire si on change le paramètre t en – t.

Un exemple plus concret : si l’on provoque un choc violent entre un proton et un électron, on obtient un neutron et un neutrino. Imaginons qu’on filme cet événement. On le projette ensuite en sens inverse (symétrie T), on le regarde dans un miroir (symétrie P) en ayant au préalable « trafiqué » la pellicule afin d’inverser les charges des particules (symétrie C). Cette nouvelle version du film montrerait un antineutron et un antineutrino se heurtant pour donner naissance à un antiproton et à un antiélectron. Si cet événement-là se produit dans un accélérateur de particules avec la même fréquence que le premier, alors la théorie est cohérente.

Mais un risque de contresens surgit lorsqu’on s’évertue à interpréter le théorème CPT. Le fait de changer t en – t (symétrie T) veut-il dire que les particules remontent le temps ? La symétrie P signifie-t-elle qu’elle existe une anti-Terre qui serait l’image de la Terre donnée par un miroir, peuplée d’antihumains en majorité gauchers ? Le théorème laisserait-il présager qu’un vaisseau spatial utilisant de l’antimatière en guise de carburant pourrait, comme dans la série Star Trek, remonter le temps ou dépasser la vitesse de la lumière ? C’est là que la science-fiction se substitue à la science pure.

Toujours est-il que les scientifiques ont rencontré les pires difficultés avec leur théorème CPT. Bien que la symétrie CPT ne soit pas remise en question, cela n’implique pas que C, P et T soient isolément symétriques. De fait, il n’en est rien ! Un beau puzzle peut être formé de morceaux disgracieux. En 1956, l’expérience de trois chercheurs de l’université de Columbia (Caroline du Sud), Lee, Yang et Wu, montra que la symétrie P pouvait être dans certains cas violée. Ils mirent en évidence que, dans la désintégration du cobalt, les particules émises ont une préférence pour certaines directions spatiales. Bref, la nature distingue la droite de la gauche !

D’autres expériences menées sur des « kaons neutres » (particules fort rares, réclamant de très fortes énergies pour être créées dans les accélérateurs) prouvèrent que la symétrie C était aussi violée. Enfin, en 1964, deux chercheurs américains, James Cronin et Val Fitch, et un chercheur français, René Turlay, montrèrent que ces mêmes kaons neutres violaient également la symétrie CP (ce qui valut à Cronin et à Fitch le prix Nobel de physique en 1980 – Turlay ayant été jugé trop jeune pour une telle distinction).

Ces travaux permirent à Sakharov d’émettre l’hypothèse en accord avec le modèle du big bang : si la symétrie CP pouvait être violée en laboratoire, pourquoi ne pas supposer qu’elle aurait pu l’être dans le mégalaboratoire des origines de l’Univers ? Surtout si cette théorie permettait d’expliquer pourquoi la nature avait préféré la matière à l’antimatière ! Depuis l’intuition du savant soviétique (par ailleurs prix Nobel de la paix 1975), l’idée a fait son chemin et s’est parée des beaux habits de la cohérence.

Voici donc le scénario complet : au tout début  de l’Univers, au moment de la grande explosion, le vide engendre un fort rayonnement de photons. Ces photons – qui sont leurs propres antiparticules – possèdent une énergie si élevée (1019 GeV) qu’ils peuvent facilement se décomposer en deux bosons opposés, X et anti X. Là est la grande trouvaille. Les bosons sont des particules qui matérialisent les forces de la nature (électromagnétique, faible, forte et de gravitation). C’est la théorie de grande unification (GUT) : plus on remonte dans le temps près du big bang, plus les quatre forces s’unissent pour n’en faire qu’une.

Au moment qui nous intéresse, entre 10-35 et 10-30 seconde, il n’existe que deux forces : la force gravitationnelle et la force unifiée électro-faible-forte. Comme chaque photon se décompose en un X et un anti-X, il y a exactement autant de matière que d’antimatière : la symétrie demeure. Les bosons X et anti-X, porteurs de la triple force unifiée, donnent naissance à de la matière (quarks et électrons) et à de l’antimatière (antiquarks et antiélectrons), dans une proportion légèrement plus forte pour la matière. Ils violent ainsi la symétrie CP. Mais, à cette température (plus de 1028 degrés), la réaction est réversible : la matière et l’antimatière se condensent à nouveau en bosons X et anti-X, recréant la symétrie.

Mais, nouveau problème, la température se met à décroître très vite du fait de l’expansion de l’Univers. Vers 10-30 seconde, elle n’est plus que de 3.1027 degrés. Les bosons X et anti-X peuvent se décomposer en matière et antimatière, mais celles-ci ne peuvent plus se recomposer en bosons et anti-bosons. Or, comme les X et les anti-X ont une prédilection pour la matière, la symétrie est irrévocablement brisée… A peine 1 particule de plus pour 1 milliard de couples particule-antiparticule. Mais ce milliardième de matière supplémentaire suffira à engendrer l’Univers actuel, galaxies, étoiles, planètes, êtres vivants.

Les hommes aiment se raconter des histoires qui finissent bien. Ce scénario, en harmonie avec le big bang, est pour l’instant le plus vraisemblable. Cependant, rien ne dit qu’un autre synopsis ne viendra pas le reléguer un jour au rang des contes de fées scientifiques. En attendant, les astrophysiciens ont recouvré le sommeil.

Ils veulent changer l’espèce humaine

Des hommes transformés génétiquement, plus beaux, plus grands, plus forts, jamais malades… Ce rêve – si dangereux – est aujourd’hui à la portée de généticiens fascinés par la puissance des technologies qu’ils ont élaborées. Qui pourra les arrêter ?

Après la souris et la tomate, voici venir l’homme transgénique. Un projet fou qui vise à introduire de nouveaux gènes dans notre espèce, comme le fait déjà chez les animaux de laboratoire et les plantes. Rien à voir avec les thérapies géniques, comme celles que soutien le Téléthon : elles se bornent à ajouter des gènes dans certaines cellules, mais surtout pas dans les cellules sexuelles, ovocytes ou spermatozoïdes, car la modification se transmettrait de génération en génération avec des conséquences imprévisibles.

En dépit de toutes les mises en garde, et contre l’avis des comités d’éthique du monde entier, des généticiens, de plus en plus nombreux, la plupart américains, envisagent de s’attaquer précisément à ces cellules germinales pour créer des lignées d’hommes transgéniques. Le tabou est brisé.

Verra-t-on apparaître une caste de surhommes, dotés de gènes décuplant leur puissance intellectuelle, leur force physique, leur résistance aux maladies, au stress, des hommes capables de vivre plus vieux tout en restant jeunes ? Ils seront nécessairement issus des classes les plus favorisées puisque toutes ces améliorations coûteront fort cher. Dans une divagation futuriste, le biologiste Lee Silver, de l’université de Princeton (New Jersey), auteur de Remaking Eden, imagine la séparation de l’humanité en deux classes, les « GenRich » et les « Natural », évidemment dominée par les premiers. Deux classes qui finissent par constituer deux espèces car elles ne peuvent plus se reproduire entre elles. Vision d’horreur ? Certes, mais Lee Silver est un homme positif : ce serait juste une étape difficile vers l’adaptation de certaines espèces humaines à une vie heureuse sur d’autres planètes.

Revenons sur Terre, en 1990. Des médecins de Bethesda (Maryland) tentent de soigner un enfant atteint d’un grave déficit immunitaire héréditaire en introduisant un gène sain dans ses globules blancs. C’est la première expérience humaine de thérapie génique. A l’époque, le risque de voir le « gène-médicament » contaminer les cellules sexuelles terrifie les autorités médicales. Ce n’est qu’à la condition expresse que cela ne se produira pas qu’on autorise les essais sur l’homme. Mais ce qu’on perçoit toujours comme le danger absolu devient un avantage potentiel aux yeux d’une minorité de chercheurs. Ils espèrent qu’en modifiant les cellules sexuelles ils pourront guérir beaucoup plus facilement les maladies génétiques des enfants qui en seront issus. Ils espèrent même éradiquer ces maladies souvent incurables…

L’an dernier encore, il était fort mal vu d’avance cette idée, quand s’est tenu le premier symposium scientifique consacré à ce qu’on appelle les thérapies génétiques germinales. Organisé par des responsables de l’université de Californie Los Angeles (UCLA), il rassemblait le gratin de la génétique américaine. Les débats avaient pour objet d’examiner l’intérêt des interventions sur les cellules germinales humaines et de fournir une information scientifique de qualité aux autorités de santé qui devront prendre des décisions dans ce domaine.

Pour Grégory Stock, professeur à l’école de médecine de UCLA et co-organisateur du symposium, « la vraie question n’est plus de savoir s’il faut ou non appliquer les thérapies germinales à l’homme, mais quand cela sera possible et comment on s’y prendra. La technologie avance très vite, et ses possibilités sont fascinantes. Elle devrait être disponible dans moins de vingt ans. » Grégory Stock et cons collaborateur John Campbell sont d’intarissables partisans des thérapies germinales, dont ils font la promotion à longueur de congrès et sur leur site Internet. Dans ses conférences, Stock ne cesse de procéder à ce sondage éclair : « Imaginez que vous êtes en train de concevoir un enfant in vitro. Accepteriez-vous, si l’opération est sans danger, qu’on ajoute à l’embryon un gène qui le protégerait du cancer ? » Invariablement, la grande majorité de ses auditeurs répond oui.

Principal argument des défenseurs de cette méthode : elle devrait être beaucoup plus efficace que les thérapies géniques classiques, « Hormis quelques cas anecdotiques, aucune thérapie génique n’a encore fait ses preuves contre une quelconque maladie », rappelle French Anderson (université de Californie du Sud), pionnier mondial dans ce domaine. Ce qui n’a rien de surprenant car « nos organismes ont passé des dizaines de milliers d’années à apprendre à protéger leur génome des gènes étrangers, ceux des virus notamment ». Si plusieurs essais sont prometteurs, note Anderson, les obstacles sont nombreux. En effet, les gènes thérapeutiques, généralement « emballés » dans un virus vecteur inoffensif, ont un long parcours à effectuer avant d’atteindre le tissu cible – par exemple, le muscle dans le cas de la myopathie. Ils traversent les muqueuses (bouche, estomac, poumons) et leur puissant système de défense cellulaire, le système immunitaire, les diverses barrières tissulaires entre les organes, la membrane des cellules cibles, enfin la membrane du noyau cellulaire. Au terme de ce périple semé d’embûches, bien peu de gènes parviennent au but, même quand on vise des tissus plus accessibles tels que la muqueuse des poumons.

Un argument économique

Au contraire, si le gène est intégré dans un œuf fécondé, au premier stade de son développement, il sera présent dans toutes les cellules de l’enfant, dont celles qui fabriquent les spermatozoïdes ou les ovules. Ses descendants bénéficieront donc eux aussi du gène-médicament.

Les thérapies géniques classiques rencontrent un autre écueil, presque insurmontable aujourd’hui : le gène transféré se place un peu n’importe où dans les chromosomes de la cellule hôte, ce qui risque de perturber gravement son fonctionnement. De plus, quand ce gène est mal placé, la cellule aura du mal à l’utiliser et il perdra son efficacité. L’idéal serait d’obtenir une « recombinaison homologue », c’est-à-dire l’insertion du gène thérapeutique en lieu et place du gène déficient. Malheureusement, ce phénomène ne se produit qu’une fois sur dix mille, ou cent mille dans le pire des cas, et nul ne voit encore comment augmenter sa fréquence in vivo.

In vitro, il en va tout autrement. Dans une culture de cellules, la recombinaison homologue reste rare, mais un système de sélection chimique permet d’extraire celles qui ont accompli cette recombinaison avec succès. Justement, la thérapie germinale travaille in viro sur des cultures de cellules embryonnaires. A cet argument technique, les généticiens en ajoutent un autre, économique celui-là : le rapport coût-efficacité des thérapies germinales est nettement plus favorable.

Pour mener à bien leur projet, les généticiens peuvent choisir entre deux méthodes : remplacer les gènes défectueux ou ajouter de nouveaux gènes à l’aide de chromosomes artificiels. Ce sont des chromosomes apparemment comme les autres, à ceci près qu’on les fabrique de toutes pièces en laboratoire, à partir de morceaux d’ADN humain. En théorie, les chromosomes artificiels présentent un avantage majeur : ils dispensent d’insérer les gènes thérapeutiques dans les chromosomes du receveur. Ils viennent simplement se placer à côté des autres dans le noyau des cellules. De plus, leur taille est suffisante pour apporter d’un coup à la cellule un complexe de plusieurs gènes. Le projet le plus futuriste en la matière conçoit le chromosome artificiel comme une sorte de système d’amarrage muni de « bornes » auxquelles on pourrait attacher, à chaque génération, de nouveaux gènes, comme on ajoute des extensions à un ordinateur. On pourrait plus tard remplacer ces gènes-là par de nouvelles versions plus performantes.

Est-ce un délire de savants fous exaltés par leurs rêves de toute-puissance, ou une projection réaliste des applications de techniques déjà disponibles ? Ni l’un ni l’autre. La technologie n’est pas au point, c’est certain. Mais, en dix ans, la génétique a fait des progrès considérables, le décryptage du génome et la découverte des fonctions des gènes avancent à pas de géant, ainsi que la connaissance des enzymes qui participent à leur régulation.

« Si nous avons tendance à surestimer ce que nous serons capables de faire dans cinq ans, estime Mario Capecchi, inventeur des techniques de manipulation génétique les plus élaborées, nous sous-estimons généralement ce que nous pourrons faire dans vingt ans. Aucun obstacle théorique ne s’oppose aux thérapies germinales. »

La France interdit expressément

Désormais, on ne peut plus éviter de s’interroger sur l’avènement des thérapies germinales. Certains pays, dont la France, ont expressément interdit les recherches dans cette voie, mais il n’en va pas de même partout. Si la Déclaration universelle sur le génome humain condamne clairement le clonage et la modification de la nature humaine, elle n’a pas pour autant force de loi.

L’Etat américain ne condamne pas expressément les recherches de ce type, mais tout essai clinique doit être soumis à l’autorisation de la Food and Drug Administration (FDA). Les tenants des thérapies germinales se livrent donc à une entreprise de « lobbying » auprès de cette autorité. S’ils parviennent à faire triompher leur point de vue – certains experts de la FDA n’y sont pas hostiles -, il ne fait aucun doute que ces thérapies trouveront sans mal une clientèle fermement décidée à faire bénéficier sa descendance des progrès de la science.

Le moratoire sur le clonage réclamé par le président Bill Clinton suscite des sentiments mitigés chez les partisans des interventions sur la lignée germinale, car cette technique pourrait être utile à l’aboutissement de leurs travaux. « Il est urgent de ne pas légiférer sur ces questions, estime le prix Nobel James Watson, codécouvreur de l’ADN. Ce serait se priver de moyens thérapeutiques très efficaces. Car on peut discuter sans fin de grands principes, ce que les gens veulent, c’est ne plus être malades. Si nous les y aidons, ils seront d’accord avec nous. » Selon Watson, il sera toujours temps de légiférer si l’on découvre un mauvais usage. Mais, avant qu’on applique cette stratégie à l’homme, elle devra démontrer sa totale innocuité, vérifiée par de nombreux tests sur l’animal.

Eugénisme ou progrès ?

Mus par leur pragmatisme yankee, nos apprentis sorciers pèsent-ils bien les risques qu’ils feraient courir à l’espèce humaine ? Qu’adviendra-t-il des futures générations ? Le généticien français Axel Kahn, membre du Comité consultatif national d’éthique, rappelle que des gènes jugés mauvais aujourd’hui –ceux du diabète, par exemple – ont probablement été bénéfiques dans le passé : ils ont favorisé la naissance de gros bébés. D’autres gènes de prédisposition à certaines maladies pourraient devenir salvateurs un jour, sans qu’on puisse prédire lesquels.

« Si on avait les moyens de l’empêcher, rétorque Lee Silver, qui accepterait de laisser ses descendants souffrir de gènes délétères sous prétexte qu’ils pourront se révéler utiles dans un hypothétique et lointain avenir ? Au nom de quel caractère sacré de l’ADN, n’aurait-on pas le droit d’y toucher ? L’ordre naturel n’est pas forcément bon. Il est simplement le fruit du hasard des changements de l’environnement. Les grandes extinctions du crétacé ont favorisé les mammifères, mais la nature a également fabriqué des virus mortels, et nul ne se plaint que l’homme ait éradiqué celui de la variole. Dès lors, pourquoi ne pas modifier une lignée, si cela peut éviter à des hommes de souffrir ? »

« Je ne comprends pas ceux qui veulent interdire les interventions germinales, renchérit le biologiste Daniel Koshland, ancien directeur de la revue américaine Science. On le fait déjà, puisque, en donnant de l’insuline à un enfant diabétique, on lui permet de vivre et de parvenir à l’âge de la reproduction. Ses enfants seront porteurs des gènes du diabète, ce qui accroît la fréquence naturelle de ces gènes dans la population. » Dans cette logique, il serait donc bénéfique d’intervenir sur la lignée germinale. Cet eugénisme positif et indolore passerait pour un progrès de la médecine. Et puis, cherchent à nous rassurer les généticiens, ces manipulations ne concerneront qu’un nombre limité d’individus puisqu’on ne peut y procéder que lors d’une fécondation in vitro, mode de reproduction qui ne risque pas de se généraliser (environ 8000 naissances par an en France).

Cependant, un point d’éthique tracasse nos démiurges du génome : comment obtenir le « consentement éclairé » des générations futures qu’impose la loi ? Si cette exigence continue à freiner les avancées de la recherche, Mario Capecchi propose deux solutions : d’une part, rendre les modifications génétiques réversibles en retirant les gènes ajoutés ; d’autre part, soumettre l’expression de ces gènes à l’absorption d’un médicament déclencheur.

Où est la barrière morale ?

En y regardant de plus près, la volonté farouche de corriger la lignée germinale apparaît d’autant plus malsaine qu’elle n’est pas nécessaire. Axel Kahn est catégorique : cette méthode ne présente aucun avantage sur la sélection génétique in vitro des embryons avant leur implantation dans l’utérus de la mère. En effet, pour dépister certaines maladies héréditaires incurables, on sait prélever, après une fécondation in vitro, une cellule de l’embryon et diagnostiquer la présence de nombreux gènes anormaux. On élimine ensuite les embryons qui seront malades et on implante seulement ceux qui échapperont à la maladie. Cependant, dans le cas d’une maladie récessive, on n’écartera pas les embryons porteurs sains. Les gènes anormaux se transmettront à la descendance et se manifesteront lorsqu’ils seront de nouveau appariés à des gènes semblables provenant d’une autre lignée.

En France, on considère que la suppression des embryons porteurs sains est un acte eugéniste condamnable. Encore une fois, cette position n’est pas universelle. Mais, si la sélection d’embryons peut suffire, pourquoi vouloir à tout prix manipuler la lignée germinale ? « Parce que ces chercheurs ont un projet autre que thérapeutique, s’écrie Axel Kahn. Ils veulent améliorer des lignées humaines. Sur le plan éthique, c’est inacceptable. » Inacceptable dans de nombreux pays européens traumatisé par les horreurs du nazisme, mais pas forcément en Chine, par exemple.

« Si on a les moyens d’améliorer les hommes, pourquoi ne le ferait-on pas ? » lance James Watson, toujours plus provocateur. Alors que certains tenants de la thérapie germinale s’interrogent sur les limites qu’il faudrait assigner à leurs interventions – rechercher non pas l’amélioration mais seulement la thérapie -, d’autres enjambent la barrière éthique sans vergogne, en faisant remarquer qu’il est d’ailleurs bien difficile de savoir où elle se trouve. A partir de quelque taille un enfant sera-t-il trop petit pour vivre heureux ? Ajouter un gène qui protège du cancer, est-ce une amélioration ou une thérapie préventive ? L’histoire des comités de bioéthique montre bien que, sous la pression de la compétition scientifique et économique, les barrières morales reculent sans cesse. Par exemple, la loi française de 1994 interdit toute recherche sur l’embryon humain, mais déjà le comité national d’éthique propose d’assouplir cette disposition lors de la révision de la loi cette année.

Admettons que les outils soient enfin disponibles, fiables et sans danger. On nous proposera d’abord de les utiliser contre les maladies héréditaires incurables, puis on passera aux maladies engendrées par des prédispositions génétiques, aux affections dues au vieillissement, au cancer, etc. Et pourquoi ne pas y ajouter des gènes de résistance à des virus, ou d’autres qui accroissent la longévité ou améliorent les performances intellectuelles ou physiques ? Nous voici donc en route vers la fabrication de lignées de surhommes aux caractéristiques génétiques artificielles. Domineront-ils le monde ? Seront-ils condamnés à remplir des tâches spécifiques en fonction de leurs aptitudes génétiques ? Ou, comme l’imagine Lee Silver, seront-ils destinés à coloniser des mondes nouveaux ?

Il est inquiétant d’observer que la volonté de créer une espèce humaine améliorée est celle de scientifiques renommés – satisfaisant le désir d’une partie, minoritaire mais déterminée, de la population. En effet, les partisans des thérapies germinales s’accordent avec leurs opposants pour souligner que la demande viendra des couples eux-mêmes.

Dans son Meilleur des mondes, Aldous Huxley n’avait finalement pas prévu le pire. Il était inutile d’imaginer une sorte d’Etat totalitaire qui contrôlerait la reproduction et la nature humaine. Au fil des générations, les individus risquent de s’en charger eux-mêmes en concevant leurs enfants à façon, pour leur donner, en toute bonne conscience, les gènes les plus favorables à leur réussite.

L’homme devient son créateur

Depuis longtemps déjà, par la culture, la technique, la médecine, l’homme échappe à la sélection naturelle. Les thérapies germinales apparaissent comme l’inévitable prolongement de la prise de pouvoir de l’homme sur sa propre évolution. Il devient son propre créateur. Un très vieux rêve, vertigineux, si difficile à refouler. Nos arrière-arrière-petits-enfants sauront-ils renoncer à l’extraordinaire puissance des outils que nous leur forgeons ? Il est déjà trop tard…

La toute puissance des cellules « ES »

Chez la souris et quelques autres mammifères, on connaissait des cellules embryonnaires douées de capacités extraordinaires : elles se multiplient indéfiniment in vitro sans jamais donner un tissu particulier. Mais, dès lors qu’on les implante dans un embryon, elles peuvent engendrer n’importe quel type de cellule de l’organisme.

Les cellules ES (embryonic stem cells, « cellules souches embryonnaires ») permettent actuellement de concevoir des animaux transgéniques. Les biologistes américains James Thomson et Jeffrey Jones viennent de découvrir le même type de cellules chez l’embryon humain. Ce qui ouvre de fantastiques possibilités pour la production de tissus biologiques ou, dans un avenir plus lointain, pour la conception d’un homme transgénique. Notons que Thomson et Jones ne pouvaient être financés par l’Etat américain, qui se refuse par éthique à soutenir des recherches non thérapeutiques sur l’embryon humain. C’est donc grâce à des crédits privés qu’ils ont mené leurs travaux.

Ils veulent cloner l’homme

Depuis la naissance de la brebis Dolly, en 1997, la plupart des grands pays ont juré qu’on ne fabriquerait pas de clones humains. Cette louable intention empêchera-t-elle de succomber à la tentation de se reproduire eux-mêmes les gens assez riches et assez inconscients pour en avoir envie ? C’est d’autant moins probable que quelques chercheurs indisciplinés sont bien décidés à passer outre. Pour la science, pour la gloire, pour l’argent…

Ecartons le physicien américain William Seed qui clame haut et fort sa volonté de se faire cloner, personne ne le prend au sérieux. Mais le très médiatique obstétricien italien Severino Antinori – à qui l’on doit déjà l’enfantement de femmes de plus de 60 ans et qui aimerait bien être le premier à créer un clone – est très fortuné er pourrait acquérir le savoir-faire de son rêve. On citera également Michel Revel, généticien à l’Institut Weizmann, en Israël : ce religieux pratiquant se déclare favorable au clonage pour lutter contre la stérilité.

Il faut aussi tenir compte des nombreuses cliniques américaines qui ne voient aucun obstacles, sinon technique, à pratiquer le bouturage humaine. Tout récemment, la société Advanced Cell Technology a déclaré avoir créé, par clonage, des embryons homme-vache, ce qui pourrait constituer une étape sur le chemin du clonage humain à partir de cellules embryonnaires.

Cette situation réjouit les partisans de l’homme transgénique, car, pour modifier l’espèce humaine, il pourrait être nécessaire de recourir au clonage.

Petit lexique de génétique

Tous les organismes vivants sont constitués de cellules spécifiques de chaque tissu. Dans leur noyau, elles contiennent une grande molécule, l’ADN (acide désoxyribonucléique), qui, replié sur lui-même et fractionné en longs fragments, forme les chromosomes. L’ADN se compose d’une sorte d’armature en forme de double hélice (comme l’escalier de Léonard de Vinci, à Chambord). Sur chaque brin de l’armature sont fixés les nucléotides : thymine (T), adénine (A), cytosine (C) et guanine (G). L’enchaînement de ces bases est assimilable à un texte dont certaines phrases constituent des informations appelées gènes. On nomme génome l’ensemble des gènes portés par les chromosomes. A partir de cette information, la cellule synthétise des protéines dont elle se sert pour son propre fonctionnement ou qu’elle sécrète à l’usage d’autres cellules.

Toutes les cellules contiennent tous les gènes d’un organisme, mais elles n’utilisent que certains d’entre eux en fonction du tissu auquel elles appartiennent. En effet, selon les tissus, les cellules contiennent diverses molécules nommées facteurs de transcription qui n’activent que certains gènes, par exemple, celui de la synthèse des protéines du lait dans les cellules des glandes mammaires quand une hormone vient déclencher ce processus. On dit d’un organisme qu’il est transgénique quand il a intégré à son génome un gène étranger de sorte que ce gène se transmet à toute sa descendance, créant ainsi une lignée transgénique.

Comètes, astéroïdes

La Terre contre-attaque

Bombarder une comète. Tel est l’objectif de la mission Deep Impact qui a décollé le 30 décembre 2004 de Cap Canaveral. Et même si cette manœuvre spectaculaire vise essentiellement à obtenir une meilleure connaissance des comètes, elle est le premier acte « agressif » envers les innombrables petits corps qui menacent la Terre. D’ici quelques années, d’autres missions pourraient suivre.

Au matin du 30 juin 1908, un corps céleste d’une taille estimée à une cinquantaine de mètres de diamètre pénétrait dans l’atmosphère et se désagrégeait à 10.000 m d’altitude au-dessus de la Sibérie. Quelques minutes après l’explosion, plus de 2000 km² de taïga étaient totalement dévastés. Si cette région désertique de la Toungouska avait été aussi peuplée que l’Europe de l’Ouest, les victimes se seraient comptées par millions. Un siècle plus tard, les traces du cataclysme – des centaines de milliers d’arbres abattus – ont presque disparu. Et la Terre lance sa « contre-attaque ». La sonde Deep Impact a décollé de Cap Canaveral à bord d’une fusée Delta 2, avec un objectif singulier : bombarder la comète Tempel 1, qui croise entre Jupiter et la Terre. Si tout se passe bien, l’engin larguera un projectile de 370 kg, qui percutera la surface glacée de l’astre errant. A plus de 10,2 km/s, ce véritable boulet de canon devrait former un cratère de 25 m de profondeur pour 100 m de diamètre… A moins qu’il ne détache carrément un fragment de la comète.

Cet « acte de guerre » spectaculaire contre la comète Tempel 1 n’est pas le résultat d’une rancune tenace envers les petits corps qui ont régulièrement bombardé la Terre depuis 4,5 milliards d’années. Pas question non plus de venger la disparition des dinosaures, attribuée au moins en partie à la chute d’un gros astéroïde en Amérique centrale voici 65 millions d’années. Le but des astronomes est d’en savoir un peu plus sur la structure et la composition interne des comètes. Car jusqu’ici, ils ont dû se contenter d’observer à distance les gaz relâchés par ces corps glacés lors de leur passage au plus près du Soleil. Or, précisément, le rayonnement solaire dissocie la plupart des molécules libérées, de sorte que les scientifiques doivent déduire leur existence à partir d’éléments observés. De plus, le dégazage engendré par la chaleur du Soleil n’affecte que la croûte superficielle ; pas moyen de savoir ce que cache l’intérieur des comètes. Pour cette raison, excaver par une collision du matériau de Tempel 1 intéresse au plus haut point les astronomes. Ils espèrent que, pendant les quelques minutes qui suivront la rencontre explosive, la sonde Deep Impact pourra ausculter avec son spectrographe infrarouge le nuage de matériau volatilisé et réaliser quelques découvertes sur les origines du Système solaire. Pourtant, rien n’est moins sûr. « Compte tenu de la courte période de visibilité dont disposera le vaisseau spatial avant de s’éloigner, nous avons fait une demande de temps d’observation à l’aide des quatre télescopes de 8,2 m du VLT, explique Olivier Marco, astronome à l’ESO. De cette manière, nous devrions pouvoir caractériser la composition du noyau de la comète ». D’autant que l’événement promet d’être spectaculaire. Au moment de l’impact, l’éclat de l’astre chevelu (alors voisin de la magnitude 9) pourrait augmenter de 2 à 5 magnitudes ! Une aubaine pour les astronomes amateurs européens puisque Tempel 1 sera visible dans le ciel. Le VLT lui, devra attendre une douzaine d’heures avant de tenter ses éventuelles observations.

Si Deep Impact poursuit une quête purement scientifique, elle n’en constitue pas moins la première mission « agressive » en direction de l’un des innombrables petits corps du Système solaire… Dont ceux qui menacent la Terre. A ce titre, ses effets fourniront des informations aux scientifiques désirant établir la meilleure manière de faire face au danger d’une collision. Tout d’abord, ils connaîtront le diamètre du cratère créé par le projectile de la taille d’un fauteuil. Plus celui-ci sera gros, plus sera signifiera que le corps céleste est composé d’un agglomérat peu compact. « Indirectement, nous allons recueillir des données sur les propriétés d’une comète. Nous pourrons donc estimer les conséquences d’un impact avec la Terre, avance Patrick Michel, spécialiste des astéroïdes géocroiseurs à l’observatoire de la Côte d’Azur. Mais je ne suis pas sûr que l’on avancera beaucoup plus grâce à cette mission ».

En effet, l’une des faiblesses de Deep Impact quant à l’observation des conséquences de la collision est son incroyable manque de temps. Même si la cicatrice laissée par le projectile est photographiée par les caméras à haute résolution, aucun instrument ne pourra faire des mesures. « La sonde ne se placera par en orbite autour de la comète Tempel 1. Il sera donc impossible de voir sa différence de vitesse avant et après le choc, explique Giovanni Valsecchi, spécialiste des géocroiseurs à Rome. Or, cette variation n’est pas détectable depuis la Terre ».

Voilà pourquoi l’Agence spatiale européenne (ESA) a lancé en 2002 une étude préliminaire sur six projets de missions automatiques spécialement conçues pour évaluer la menace des petits corps (astéroïdes ou comètes) susceptibles de venir frapper la Terre. Le 9 juillet 2004, le comité scientifique Neomap a rendu son verdict en donnant la priorité au projet Don Quichotte. Tout comme Deep Impact, il a pour but de provoquer une collision, non plus avec un noyau cométaire, mais avec un astéroïde de 500 m de diamètre. Et cette fois, il observera précisément la cible longtemps avant et après le choc. Le projet initial prévoit ainsi deux lancements. Une sonde, baptisée Sancho, ira se placer en orbite autour de l’astéroïde. Pendant six mois environ, elle étudiera ses mouvements et déterminera sa masse, sa structure interne et sa forme exacte. Ensuite, une deuxième sonde de 380 kg, Hidalgo, viendra percuter l’astéroïde à une vitesse de plus de 13 km/s. L’impact sera observé par Sancho, qui poursuivra ses investigations pendant au moins quatre mois, afin de mesurer notamment les variations du mouvement de l’astéroïde. Si la collision produit une déviation de l’orbite de 1400 m et un changement de période de rotation de 0,5° par jour, Sancho sera capable de le détecter. « Nous avons choisi de recommander Don Quichotte parce que, parmi les missions d’analyse in situ des risques liés aux collisions, c’est celle qui va le plus au cœur du problème, commente Giovanni Valsecchi, membre du comité Neomap.

Elle devrait permettre de répondre à une question essentielle : peut-on dévier un astéroïde de 200 m à 1 km de diamètre si l’on découvre qu’il va percuter la Terre ? » Car malgré les divers scénarios envisagés, aucun scientifique ne sait comment écarter une éventuelle menace. « Si un objet est un jour en route vers notre planète, il faudra que nous ayons clairement établi la bonne méthode », martèle Patrick Michel, également du comité Neomap. « L’idée de faire exploser un bolide menaçant avec une bombe nucléaire paraît dangereuse : l’objet se divisera en fragments qui toucheront la Terre en plusieurs endroits, pour un résultat encore plus dévastateur, précise Marcello Fulchignoni, spécialiste des astéroïdes à l’observatoire de Paris-Meudon. Mais si l’on veut dévier l’astéroïde par exemple en y ajoutant un moteur ionique, il faut connaître son centre de masse ». Giovanni Valsecchi ajoute : « Un bolide réagira différemment s’il est constitué de roches compactes ou si, au contraire, il est poreux comme Mathilde, qui a été visité par la sonde Near. Ces informations sont nécessaires si l’on veut contrôler la déviation ». D’où l’importance d’essuyer les plâtres avec une mission telle que Don Quichotte. Reste que, pour l’instant, celle-ci, dont l’enveloppe est évaluée à 150 millions d’euros, n’a pas le moindre début de financement. « Il est clair que Don Quichotte ne sera pas proposée à la conférence interministérielle de l’ESA prévue en 2005, prévoit Franco Ongaro, chef du bureau des concepts et études avancées de l’ESA. Dans l’année qui vient, une étude interne sera lancée pour voir quelles modifications peuvent être apportées au projet initial. Par ailleurs, la mission a déjà été présentée à de possibles partenaires. Japonais et Chinois se sont montrés intéressés. Côté américain, la Nasa n’a pas vraiment pris d’engagement ». En supposant que l’ESA parvienne à s’adjoindre le renfort d’autres agences spatiales, Sancho et Hidalgo pourraient décoller en 2008. Quatre ans plus tard, les deux engins atteindraient leur cible, si bien qu’en 2013, les astronomes seraient enfin fixés sur les moyens à mettre en œuvre pour écarter la menace d’un astéroïde géocroiseur.

A priori, rien ne presse car les collisions avec des bolides similaires à celui qui a frappé la Toungouska ne surviennent statistiquement qu’une fois tous les 1000 à 10.000 ans. Pourtant, les télescopes automatiques tels que Linear ou Neat découvrent sans cesse de nouveaux rochers célestes potentiellement dangereux. D’ici dix ans, l’ensemble des instruments d’observation qui seront en activité au sol (dont le Discovery Channel Telescope, de 4 m de diamètre, à partir de 2006) auront découvert 80 à 90 % des géocroiseurs de moins de 300 m de diamètre. Les astronomes pourront étudier leur orbite et prédire leur trajectoire plusieurs années à l’avance. Il serait alors dommage de ne pas savoir comment éviter une éventuelle catastrophe annoncée.

Première cible : la comète Tempel 1

Découverte en 1867 par Ernst Tempel, la comète visée par Deep Impact appartient à la famille de Jupiter, composée de comètes à courte période. Elle tourne autour du Soleil en cinq ans et demi. Vraisemblablement formé voici plus de 4,5 milliards d’années au niveau de la ceinture de Kuiper (au-delà de Neptune), elle aurait été injectée dans le Système solaire interne il y a moins de 10.000 ans. Son noyau, dont le diamètre est estimé à 6 km, est animé d’une rotation assez lente (entre 42 et 22 heures). Tempel 1 croisera à 133 millions de kilomètres de la Terre lorsque le projectile de Deep Impact la percutera. La rencontre sera observable depuis l’Europe dans la constellation de la Vierge, non loin de Spica.

Pour quelques fragments d’astéroïdes

" Connaître l’ennemi pour mieux s’en protéger ». Selon Marcello Fulchignoni, de l’observatoire de Paris-Meudon, telle est la devise actuelle des astronomes étudiant les corps qui approchent la Terre. Pour la mettre en application, le Centre national d’études spatiales (Cnes) commencera en avril 2005 des études préliminaires pour une mission vers un géocroiseur avec retour d’échantillons. « C’est typiquement le genre de missions pour lesquelles nous recherchons une collaboration avec d’autres agences », précise Denis Moura, du Cnes. Si le projet franchit toutes les étapes de sélection, il pourrait voir le jour vers 2010.  

Contexte

Si aller voir ce qui se passe au centre de la Terre est l’un des voyages qui, au même titre que marcher sur la Lune, a toujours stimulé l’imagination des hommes, l’entreprise demeure toujours une impossibilité physique. Du coup, les scientifiques ont tourné la difficulté : ils cherchent à « faire venir » le centre de la Terre dans leurs laboratoires, en recréant les conditions de température et de pression qui y règnent. Une invention rendit la chose possible : la cellule à enclumes de diamant, mise au point en 1959 par quatre Américains du National Bureau of Standards, Charles Weir, Ellis Lippincott, Alvin Valkenburg et Elmer Bunting.

Géomagnétisme : 2000 tours/minute en ballon

L’origine du champ magnétique terrestre fait toujours débat. Considérations théoriques et simulations numériques suggèrent qu’il est produit par les mouvements de convection qui brassent sans cesse le noyau de fer liquide. On admet que l’écoulement de ce fluide métallique, conducteur d’électricité, à travers un champ magnétique, induit des courants électriques qui, à leur tour, créent un champ magnétique. Bref, le noyau fonctionnerait comme une énorme dynamo qui s’auto-entretiendrait. Mais comment marche-t-elle ? Avec quelle énergie ? Et pourquoi le champ magnétique fluctue-t-il et s’inverse-t-il dans le temps ?

Pour répondre à ces questions, les chercheurs du laboratoire de géophysique interne et de tectonophysique de Grenoble ont conçu, sous la houlette de Philippe Cardin et Henri-Claude Nataf, une expérience originale, surnommée le « derviche tourneur sodium ». Inauguré en octobre 2003, le dispositif expérimental devrait faire venir le cœur de la Terre jusqu’aux chercheurs…

Une double sphère

La pièce maîtresse est une sphère en inox de 40 cm de diamètre remplie de sodium liquide. Elle dissimule une boule de cuivre de 13 cm de diamètre portant un aimant permanent. La première représente le noyau externe liquide de la Terre, la seconde, sa graine solide. Un premier moteur fait tourner la sphère jusqu’à 2000 tours/minute. Un second entraîne la graine centrale à vitesse variable. Emboîtées, elles ne tournent cependant pas tout à fait en même temps. Résultat : le mouvement différentiel va entraîner le sodium, l’étirer et le mettre en mouvement. Les simulations numériques réalisées en amont donnent une idée de la géométrie de ces mouvements : des tourbillons (cyclones et anticyclones) apparaissent, dont les axes sont parallèles à l’axe de rotation de la sphère. Comme pour la Terre, le mouvement du métal liquide entre les deux sphères va créer le champ magnétique. Il sera alors possible de mesurer de façon continue la vitesse d’écoulement du sodium liquide et l’intensité du champ magnétique induit. Autres paramètres étudiés : le champ de pression (dont la mesure permet aussi de remonter à la vitesse de l’écoulement) et les potentiels électriques en surface qui favorisent la mesure des courants électriques générés par l’écoulement du sodium engendrant le champ magnétique.

A cette fin, une batterie d’instruments de mesure a été placée sous la sphère, contrôlée en temps réel par deux ordinateurs. L’un, voué au contrôle et aux commandes, affiche les données en temps réel. L’autre reçoit les mesures scientifiques. Reste que si l’un des intérêts de cette expérience est d’utiliser du sodium liquide, métal dont la viscosité est comparable à celle du noyau terrestre, ce choix n’est pas sans risques : le sodium liquide s’enflamme à l’air. Il réagit aussi très violemment avec l’eau, formant de l’hydrogène qui, en se combinant avec l’oxygène de l’atmosphère, explose. Aussi la salle de 24 m² qui abrite l’expérience est-elle revêtue d’acier en inox et placée sous surveillance 24h sur 24, tandis que son sol est surélevé de 1,20 m pour éviter l’entrée d’eau. Des aménagements qui expliquent le coût de l’opération : 350 000 euros, financés par le ministère de la Recherche et l’Institut national des sciences de l’Univers du CNRS. Il ne reste plus qu’à attendre que l’expérience donne des nouvelles du centre de la Terre.

Géocristallographie : de la Terre au noyau

La graine, cette boule solide au centre de la Terre, présente une curieuse propriété, connue depuis une dizaine d’années : les ondes sismiques y voyagent légèrement plus vite le long d’un axe nord-sud que dans le plan équatorial. Selon les géologues, elle serait donc « anisotrope », une particularité qui pourrait s’expliquer par une orientation préférentielle des cristaux de fer qui constitueraient la graine. Mais comment tester cette hypothèse ? A défaut d’échantillonner directement les matériaux qui constituent les couches les plus profondes de la Terre, il est possible de recréer en laboratoire les conditions extrêmes qui règnent au cœur de notre planète et d’y soumettre des cristaux de fer pour voir si leurs propriétés sont conformes à celles du « corps » de la graine. C’est l’un de ces voyages virtuels que des chercheurs de l’European Synchroton Radiation Facility de Grenoble et du laboratoire de minéralogie-cristallographie de l’université de Paris VI, ont effectué, voici quelques mois, non pas dans l’ambiance feutrée d’une salle de laboratoire mais dans celle, plus électrique et internationale, du synchroton européen, le fameux accélérateur de particules situé à Grenoble ! Pour la première fois, ils ont pu mesurer la vitesse de propagation des ondes acoustiques (comparables aux ondes sismiques qui circulent à l’intérieur de la Terre) dans des cristaux de fer soumis à des pressions de plus de 110 gigapascals, soit plus de 1 million de fois la pression atmosphérique !

Un échange d’énergie

La tâche était ardue : les chercheurs ont dû travailler sur des échantillons de fer de quelques dizaines de micromètres. Ils ont donc comprimé des agrégats de cristaux de fer entre deux pointes de diamants, puis les ont soumis à un rayonnement X. Le cristal retenu est de type hexagonal compact, forme sous laquelle le fer pourrait être présent dans la graine. Concrètement, la technique repose sur le principe d’un échange d’énergie entre les photons X et des phonons, c’est-à-dire des ondes acoustiques engendrées par la vibration des atomes de fer à l’intérieur du réseau cristallin. De cet échange, on peut déduire la vitesse de propagation des ondes acoustiques et la comparer avec celle des ondes sismiques. Mais comment vérifier que la vitesse des premières varie suivant leur trajet,  à l’instar de ce qui se passe pour les secondes ? Simple : à l’intérieur de la « cellule à enclumes de diamants », les cristaux de fer s’orientent naturellement sous l’effet de la pression, suivant l’axe de compression de la cellule. En inclinant plus ou moins celle-ci, les chercheurs ont pu mesurer la vitesse de propagation du son dans différentes directions et mettre là aussi en évidence une antisotropie. Et en effet, le son voyage légèrement plus vite suivant l’axe d’allongement des cristaux de fer que dans leur plan équatorial. Conclusion : l’antisotropie s’expliquerait bien par une orientation préférentielle des cristaux de fer à l’intérieur de la graine. Reste que ces expériences de diffusion inélastiques sont longues : il faut 24 heures pour analyser un point à une pression et une orientation de cristaux données ! Ce qui explique que l’expérience a dû se dérouler en deux temps sur 2003 et 2004.

Géoneutrinos : 6350 km sous les mers

Il y a un siècle, la découverte des rayons X permettait de scruter le corps humain. Bientôt, une particule élémentaire, l’antineutrino, pourrait jouer le même rôle en autorisant les géologues à visualiser la radioactivité interne de la Terre. Une première ! Pour l’instant, le voyage est théorique… L’équipe de l’italien Gianni Florentini, de l’université de Ferrara, a imaginé recourir à un détecteur d’antineutrinos, particules émises par notre planète, pour percer un mystère : l’origine de la chaleur interne du globe. La Terre irradie 40 térawatts (1012 W) de chaleur vers l’espace, soit autant que 100 000 centrales thermiques ! Si cette énergie provient surtout du Soleil, le sous-sol n’est pas en reste : chaque mètre carré émet 80 milliwatts venant des entrailles du globe.

Savoir décrypter

Cette énergie a plusieurs sources possibles. « Lors de la formation de la Terre, l’énergie cinétique des roches en accrétion qui s’entrechoquaient s’est transformée en énergie thermique, explique Alessandro Forte, géologue à l’université du Québec, à Montréal. Avec l’effondrement gravitationnel de la matière vers le centre, la plus grande partie de cette chaleur a été piégée dans le noyau ». Autre source potentielle : les éléments radioactifs capturés lors de la formation de la Terre et qui se désintègrent lentement (thorium, potassium, uranium). Reste qu’on ignore quelle est la part de la radioactivité dans la chaleur produite par la Terre, il n’empêche : « Les éléments radioactifs emprisonnés sous terre émettent des neutrinos et des antineutrinos lorsqu’ils se désintègrent, explique Gianni Florentini. Ils parviennent intactes à la surface, où nous pouvons les détecter ». Encore faut-il parvenir à décrypter les messages dont ces espions du monde sous-terrain sont porteurs… Un défi relevé l’été 2002, par les chercheurs du Sudbury Neutrino Observatory, un détecteur installé au Canada. Ils sont parvenus à décrire le changement de nature qui affecte une partie des neutrinos émis et explique que les détecteurs récupèrent moins de particules que prévu. Pour voyager au centre de la Terre, les Italiens proposent donc d’utiliser un détecteur classique : une sphère remplie d’eau lourde, c’est-à-dire enrichie en deutérium (un isotope de l’hydrogène qui réagit avec les neutrinos) et dont l’intérieur est tapissé de milliers de tubes photomultiplicateurs, les yeux du détecteur. Un antineutrino qui pénètre dans le détecteur a toutes les chances de rencontrer un noyau de deutérium. Tous deux réagissent en échangeant une particule chargée, un boson W. Le neutrino se transforme alors en un électron bourré d’énergie éjecté à la vitesse de la lumière. Ce phénomène provoque une onde de choc de lumière, la radiation Cherenkov », détectée par les tubes. On détermine alors la somme des antineutrinos émis au départ, en fonction de celle recueillie par le détecteur. Ainsi, pour la première fois, on pourra estimer la quantité d’éléments radioactifs situés dans les entrailles de la Terre ! Cela étant, la méthode ne permet pas de conclure qu’un antigéoneutrino a été produit dans la croûte, le manteau ou le noyau. Elle ne localise pas précisément la radioactivité souterraine. Conscient de ces limites, Gianni Florentini a imaginé une expérience encore plus ambitieuse : « Le détecteur pourrait être installé dans un sous-marin. En multipliant les expériences en différents lieux bien choisis, les géologues dessineraient une véritable carte de la radioactivité souterraine ». L’idée est lancée, la balle est dans le camp des géologues.

Le sort du vivant est d’ordre magnétique

A quoi bon aller au centre de la Terre ? La question ne se pose plus quand on sait que le sort des nombreuses espèces animales, et même celui de l’homme, dépend de l’activité du noyau enfoui sous nos pieds. Sans parler de la prévision des séismes ou de l’élucidation de mystères enveloppant d’autres planètes. Plongée au cœur de préoccupations cruciales.

D’intrépides voyageuses, telles sont les tortues de mer, qui parcourent des milliers de kilomètres pour se reproduire dans des contrées propices. Après avoir quitté la Floride, ne traversent-elles pas l’Atlantique jusqu’aux Açores, avant de piquer vers le sud ? Or, aux Açores, elles frôlent un courant qui monte vers l’Atlantique Nord. Un courant qui, si elles s’y aventuraient, les entraînerait inéluctablement vers une froideur fatale. Comment font-elles pour ne pas se tromper de route ? On sait depuis peu qu’elles se repèrent grâce au champ magnétique terrestre. Autrement dit, le sort des tortues – mais aussi des oiseaux migrateurs, de bactéries, etc. – est suspendu à l’activité du noyau terrestre enfoui à 6350 km sous leurs nageoires. Et encore plus quand on sait que le champ magnétique ne cesse de varier, comme lors des deux derniers siècles. Sans conséquences, semble-t-il, pour les tortues de mer. Mais en sera-t-il toujours ainsi ? Si tel n’était le cas, que de bouleversements alors sur Terre !

Des effets sur la santé

Le problème, c’est que pour estimer les variations futures du champ magnétique, il faudrait en connaître l’origine. Une tâche impossible tant que la nature du formidable générateur de champ magnétique niché au centre de la Terre ne sera pas précisément connue. Et voilà bien le premier intérêt d’aller voir de près ce qui se passe au cœur de notre planète. Le noyau externe est-il constitué de fer en fusion agité de turbulences propres à créer un champ magnétique ? Contient-il du potassium 40 alimentant ce champ en énergie ? A moins qu’il ne le génère en se comportant tout entier comme un géoréacteur… Pour l’heure, les spécialistes peinent à trancher entre ces hypothèses. Pourtant, c’est le sort de nombreuses espèces animales qui est en jeu. Et même celui de l’homme ! Car le noyau a des conséquences directes sur sa santé. « La présence du champ magnétique terrestre est importante en ce sens que les lignes de champ protègent des radiations cosmiques », rappelle Annie Souriau, géophysicienne à l’Observatoire Midi-Pyrénées, à Toulouse. De fait, le champ magnétique agit comme un bouclier contre les particules électriquement chargées qui heurtent de plein fouet notre planète. Provenant du Soleil ou de l’espace, ces particules (des protons, des électrons, des noyaux d’hélium ionisés…) sont en partie déviées par les lignes de champ magnétique jusqu’aux pôles où, en ionisant l’atmosphère, elles nappent le ciel d’aurores boréales. Sans le noyau et son champ magnétique, ce bouclier n’existerait pas et notre planète serait bombardée de particules cosmiques. Exposés à une importante radioactivité, les êtres vivants connaîtraient alors mortalité et mutations…

Ce n’est pas tout. Car nombre d’équipements sont également concernés. En Amérique du Sud, par exemple, une anomalie de bas champ magnétique cause régulièrement des avaries aux satellites survolant la région. En 2001, elle provoqua même 15 jours durant la panne d’un des instruments du satellite d’observation de la Terre de la Nasa, Terra. Et les dégâts s’accentuent lorsque s’y ajoutent les humeurs du Soleil. Lors de ses maxima d’activités, les bouffées de particules qu’exhale notre astre sont si denses qu’elles perturbent le champ magnétique et déclenchent des orages magnétiques. Orages qui détruisent des satellites en déréglant les puces électroniques embarquées, troublent les communications et les réseaux électriques. En 1989, le Québec fut ainsi plongé dans l’obscurité après qu’une tempête magnétique eut fait disjoncter le réseau électrique.

Questions : doit-on alors craindre une diminution générale du champ magnétique et donc un effritement de la protection contre les particules cosmiques ? Une modification du champ magnétique accentuerait-elle les orages magnétiques ? Là encore, seule l’élucidation du moteur du champ magnétique permettrait de répondre.

Vers l’inversion des pôles ?

Toutefois, les donnés paléomagnétiques fournissent quelques pistes. L’orientation du champ magnétique à diverses époques du passé peut se déduire, en effet, de la disposition de cristaux dans des laves solidifiées. Et ces enregistrements géologiques ont montré que le champ était à son maximum il y a deux mille ans et qu’il n’a, depuis, cessé de diminuer. S’il continue de la sorte, il s’annulera, puis s’inversera (les pôles magnétiques Nord et Sud échangeant leur place) dans les deux prochains millénaires. Une durée compatible avec les travaux de Bradford Clement de l’université internationale de Floride qui, en examinant des roches sédimentaires, a conclu qu’en moyenne lors des quatre dernières inversions (la dernière datant d’il y a 780 000 ans) le champ a basculé en 7000 ans.

Si une inversion est bien en cours, les variations qu’elle entraîne portent sur des durées de l’ordre d’une centaine à un millier d’années. Mais le risque qui pèse sur les satellites n’en est pas pour autant écarté car le champ magnétique se déplace à une vitesse moyenne de 10 km par an. A Paris, par exemple, la direction indiquée par les boussoles a pivoté d’une trentaine de degrés en quatre siècles, signe d’un déplacement du pôle Nord magnétique. Conclusion : une zone placée sous haute protection du champ magnétique peut en quelques années perdre une grosse partie de cette défense. L’évolution du champ magnétique est donc bien une préoccupation à court terme pour l’industrie spatiale.

A plus longue échéance, l’intérêt d’étudier le noyau touche cette fois à la prévision des séismes ! A l’origine des tremblements de terre, le déplacement des plaques de la surface terrestre est en effet l’expression superficielle de la dynamique du manteau. « Et nous n’aurons aucune certitude en la matière sans connaissances fondamentales sur le noyau. Car la dynamique du noyau et celle du manteau sont liées », explique Mar Monnereau, directeur-adjoint du laboratoire dynamique terrestre et planétaire à Toulouse. On aurait tort de considérer le manteau terrestre rigide, comme posé sur le noyau liquide, tel un bouchon flottant à la surface de l’eau. Une analogie plus juste serait celle de la casserole d’huile chaude placée sur un feu. Le manteau est mis en mouvement par sa propre chaleur, mais également par celle du noyau. Quiconque veut décrire la dynamique du manteau et la tectonique des plaques doit donc s’intéresser aux phénomènes qui siègent au cœur de la planète. Mais ici, un problème surgit. Celui de l’incertitude régnant sur les sources d’énergie à l’œuvre dans le noyau. Car même si on ne considère que les sources d’énergie classiques (chaleur emmagasinée à la naissance de la Terre, radioactivité naturelle, chaleur latente lors de la solidification de la graine, énergie potentielle des éléments radioactifs et des éléments légers rejetés lors de la cristallisation), les contributions de chacune d’elles sont entachées d’une large marge d’erreur. Avec comme conséquence, reconnaît Marc Monnereau, que « la température de surface du noyau est inconnue à plusieurs milliers de degrés Celsius près : elle varie selon les modèles entre 3000 et 6000 degrés ».

En raison de ce flou, les géophysiciens simulent la dynamique du manteau via les modèles « adimensionnés », c’est-à-dire faisant fi de paramètres tels qu’épaisseur du manteau ou température du noyau. Les conclusions qu’ils en tirent sont donc restreintes à des mécanismes généraux. Pour améliorer ces modèles, il paraît donc essentiel de préciser les sources d’énergie siégeant dans le noyau et leurs contributions respectives. Les simulations de la dynamique du manteau progresseront alors, améliorant du même coup la prévision des déplacements des plaques tectoniques. Il faudra certes patienter avant que la sismologie ne bénéficie des retombées de ces recherches, car les séismes et la tectonique des plaques s’effectuent à deux échelles différentes. Un séisme résulte de l’accumulation de tensions locales de l’écorce terrestre, à l’échelle d’une faille qui s’étend du mètre au kilomètre ; tandis que les modèles numériques de la dynamique de la Terre simulent la tectonique des plaques à l’échelle des continents. Mais la précision des modèles grandissant, la sismologie et l’étude de la tectonique des plaques finiront par se rejoindre, et la première profitera des avancées de la seconde.

Et si l’étude du noyau éclaire la dynamique actuelle de la Terre, il en sera a fortiori de même pour plusieurs des zones d’ombre qui émaillent le passé de la planète, telles l’apparition des continents ou la date de formation du noyau. De quoi, au passage, en savoir plus sur les autres planètes du système solaire puisque toutes, sauf Vénus et Mars, possèdent un champ magnétique et, du coup, recèlent leur lot d’énigmes. Uranus, par exemple, indique un champ magnétique incliné de 55° par rapport à l’axe de rotation de la planète, alors que cet angle ne dépasse pas 10° chez les autres planètes. Est-ce circonstanciel, le champ d’Uranus étant sur le point de s’inverser ? Ou bien, cette inclinaison a-t-elle toujours existé ? Pour ces planètes, la Terre pourrait bien servir de système modèle. Tout comme pour le Soleil.

Constitué d’un plasma d’hydrogène et d’hélium ionisés à 90 %, il abrite lui aussi une dynamo. Une dynamo responsable du cycle d’activité solaire de onze ans qui suscite bien des interrogations. Le comportement de notre étoile est pourtant crucial pour les activités humaines car les expulsions violentes de particules qui causent, sur Terre, des orages magnétiques, surviennent lors des épisodes d’intense activité solaire. En étudiant les rouages du moteur terrestre, nous parviendrons peut-être un jour à nous prémunir contre les foudres de la dynamo solaire. Pas de doute, le centre de la Terre est bien au cœur de multiples préoccupations.

Entretien avec Marc Monnereau

Du Laboratoire dynamique terrestre et planétaire, Toulouse.

En quoi l’étude du noyau de la Terre nous aide-t-elle à mieux connaître les autres planètes du système solaire ?

Grâce à l’étude de la dynamo terrestre, nous savons quelles conditions une planète doit respecter pour posséder un champ magnétique. Ce champ doit être entretenu par une source d’énergie interne, la planète doit tourner et son noyau être liquide.

Qu’en déduit-on lorsqu’une planète est dépourvue de champ magnétique ?

Mars ne possède pas de champ magnétique, mais on pense qu’elle a un noyau. L’absence de champ magnétique découlerait du refroidissement de la planète et de la solidification avancée de son noyau.

Pourquoi Vénus, jumelle de la Terre, n’a-t-elle pas de champ magnétique ?

Vénus est d’une taille comparable à la Terre, elle devrait donc a priori être dans le même état de refroidissement que notre planète, et donc avoir un noyau liquide et un champ magnétique. Elle ne fait certes qu’un tour sur elle-même en une année, mais les spécialistes disent que cette rotation suffit à produire un champ magnétique. On s’interroge donc sur la vitesse à laquelle Vénus s’est refroidie.