Mise à jour 4 Avril 2018
CONFÉRENCE DU BUREAU
DES LONGITUDES
«MARS, ROSETTA, ÉMERGENCE DE LA VIE :
CONTINGENCES ET GÉNÉRICITÉS»
Par Jean Pierre
BIBRING
IAS Université Paris
Sud Orsay
À ENS 45 rue d’Ulm
Paris 5.
Le Mardi 6 Mars
2018 à 14H00
Amphi Thévenin
Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur.
.
Jean-Pierre Bibring a donné une conférence (organisée par le
Bureau des Longitudes) le 6 mars 2018, qui avait pour titre : Mars, Rosetta,
émergence de la vie : contingences et généricités.
JPB est astrophysicien à l’IAS (Institut d’Astrophysique
Spatiale) d’Orsay, il a travaillé sur les missions Cassini-Huygens, MRO et est
responsable de l’instrument Omega sur Mars Express.
Il est aussi le scientifique en charge de la science à bord de
l’atterrisseur européen Philae sur la comète 67P Churyumov/Gerasimenko.
Notre ami Christian Larcher a assisté à cette conférence et vous
présente ici un compte rendu détaillé :
Pendant longtemps, l’unicité de la Terre et de la vie était
admise tant dans l’espace que dans le temps. Les choses se modifient à partir du
début des vols spatiaux. Sur Terre, on considère habituellement qu’il n’y a
qu’un chemin et qu’il progresse nécessairement selon un processus de
complexité sans cesse croissante.
Il y a comme une pyramide qui arrive nécessairement au vivant
: au départ il y a le Big-bang, puis les atomes, les molécules, les
molécules organiques, le vivant, ce dernier conduisant …au cerveau humain.
Cette vision génère celle de la « pluralité
des mondes ».
Quelques points de repère historiques
Hipparque (-150) et Ptolémée (+150) : la Terre est unique et
centrale ; cette idée perdure jusqu’à Copernic.
Copernic (1543) : les planètes tournent autour du Soleil.
Giordano Bruno (1548 – 1600) : l’Univers est infini, les étoiles
et les planètes sont de même nature. Il y a une infinité d’étoiles et donc une
infinité de terres.
Dans cette vision, la Terre est affreusement banale, il y
en a partout et donc il y a de la vie partout dans l’Univers.
Illustration : le modèle géocentrique
Notons que, avant lui, Épicure (en 305 avant notre
ère !) écrivait déjà dans sa lettre à Hérodote :
Pendant quatre siècles, on va garder la vision de Copernic et
Galilée : il n’y a rien de spécifique chez nous sur Terre.
Galilée (1610) montre qu’autour de Jupiter il y a des objets qui se déplacent.
Il n’y a donc pas qu’autour du Soleil que les choses tournent. Le mouvement est
une propriété générique dans l’espace.
Kepler (1618) : les trajectoires des planètes sont elliptiques.
Newton (1687) : le mouvement des astres est une propriété universelle, le cosmos
est le lieu de l’uniformité des lois. Ce cosmos bien ordonné des Grecs devient
l’Univers régi partout par des mêmes lois qui sont UNIVERSelles.
Avant l’ère spatiale, faute de contraintes
observationnelles fortes et de possibilités de mettre en œuvre une démarche
réellement prédictive, l’interprétation des observations était faite en
référence première à des dogmes.
Aujourd’hui on baigne encore dans un de ces dogmes : celui de la
« pluralité des mondes » de Giordano Bruno.
Quatre siècles plus tard on en fait la vérification.
Aujourd’hui l’essentiel de la cosmologie repose sur l’idée que la
généralisation des mêmes lois implique nécessairement la généralisation de la
vie elle-même.
De
l’unicité à la diversité ? La Terre est-elle unique ou générique ?
Vision de Mars par Schiaparelli où il
représente les fameux « canaux ».
Avant l’ère spatiale, la planète Mars est un monde considéré non
seulement « habitable » mais comme habité.
Toutes les observations étaient interprétées dans ce sens.
L’exemple des canaux de Mars par Schiaparelli (1877) est typique.
On imagine que la population qui vit sur Mars habite près de
l’équateur alors que l’eau, sous forme de glace, est située près des pôles. Il
faut donc des canaux pour ramener l’eau vers l’équateur…
La tendance est d’aller retrouver ailleurs ce que l’on trouve chez nous.
En 1976, les sondes Viking sur Mars devaient caractériser
le métabolisme martien, on pensait que la vie était une propriété
générique. S’il y avait de la vie ailleurs, Mars était probablement l’endroit le
plus favorable pour aller la chercher.
Il y a encore des personnes qui ne sont pas convaincues qu’il n’y
a pas de vie sur Mars.
Le cas de Titan le plus grand satellite de Saturne était
intriguant car son atmosphère était invisible avec des instruments depuis la
Terre. C’était le seul objet dans le système solaire où l’on aurait pu
s’attendre à trouver de l’eau liquide à sa surface. Par spectroscopie, on
enregistrait une importante raie d’absorption à 3.1 micromètres qui correspond
au méthane.
On ne détectait que du méthane alors que l’on sait maintenant
qu’il n’est présent que pour 1 %, le reste étant constitué de diazote.
L’idée de voir du vivant identique à celui que nous connaissons dans le système
solaire en dehors de la Terre s’est actuellement effondrée.
Actuellement on considère que la Terre est une planète des plus
banales, non générique, la Terre est unique.
L’exploration spatiale du système solaire et la caractérisation
des exoplanètes engendrent une vraie révolution de notre représentation sur
l’évolution des mondes planétaires, tout spécialement de la Terre et du vivant
dont elle abrite l’évolution.
L’ère
de l’exobiologie
L’exobiologie consiste à priori en recherche de traces :
·
des processus menant au vivant. Dans l’ère
préscientifique il y avait la Création (quelqu’un l’a voulu, donc ça suffit)
puis il y a eu l’évolution qui permet l’adaptation.
·
des ingrédients nécessaires au vivant (eau,
carbone, phosphates…)
Voir la vie c’est en quelque sorte voir des vivants.
Il y a
souvent une confusion entre l’homme et la vie. On retrouve cela avec le
programme SETI qui cherche des signaux venus d’ailleurs, après les soucoupes
volantes… La rupture apparait lorsque l’on a pu développer une démarche
exobiologique, prédictive c’est-à-dire scientifique qui permette de passer de
l’observation à la représentation.
Entre les deux il y a beaucoup d’étapes à franchir : collecte
d’un signal, mise en forme, traitement, interprétation, représentation.
Chaque étape fait appel à des métiers distincts, à des
compétences différentes et complémentaires.
Une représentation n’a de sens que si elle débouche sur une
prédiction observationnelle, elle doit se reboucler par une observation qui va
infirmer ou valider l’hypothèse.
La démarche scientifique c’est vraiment cette boucle que l’on met
en place.
Les échantillons lunaires (missions Apollo) ont modifié
profondément notre vision de la Terre et des mondes planétaires.
Cette vision permet de réfuter la « théorie catastrophique » de
Buffon et de valider la théorie de la « nébuleuse d’origine » introduite par
Laplace (1796).
En fait les voyages spatiaux ont montré la grande variété des
mondes planétaires, qui se révèlent très différents de ce que l’on imaginait. On
observe une diversité inédite.
Comment passer de l’effondrement d’une nébuleuse à des systèmes
aussi divers ?
Le cas
de la Terre, un cas particulier
On s’aperçoit que la couverture océanique n’est pas du tout triviale.
Il faut des conditions très particulières pour que l’eau soit
stable.
Pour que l’eau devienne un nuage, il n’y a pas que de la
thermodynamique à prendre en compte ; il faut surtout qu’il y ait des germes de
nucléation sinon ce sera la surfusion. On ne sait pas ce que sont ces germes,
s’ils proviennent de débris de comètes ou des traces du rayonnement cosmique. On
ne connait pas non plus la constante de temps nécessaire pour que le processus
se mette en place. On comprend maintenant que
la Terre a bénéficié d’un
processus tout à fait particulier.
La vie a-t-elle pris naissance ailleurs que sur la Terre ?
Est-ce que le vivant est quelque chose qui s’est adapté à l’évolution de la
Terre telle qu’elle est ?
Ou bien est-il suffisamment robuste pour avoir pu s’adapter à
d’autres évolutions ?
En 1990 on s’est aperçu qu’il y a un siècle, H. Poincaré avait
parlé du chaos.
Les lois ont beau être les mêmes partout vous ne pouvez jamais
prévoir l’avenir.
Le système considéré n’est jamais isolé. Des perturbations
peuvent modifier les conditions initiales et le système aura une évolution qui
ne peut-être prédictible.
Jacques Laskar a montré que
la Lune jouait un rôle
essentiel dans l’évolution de la Terre.
En particulier en stabilisant l’obliquité de la Terre à une
valeur proche de 23°.
S’il n’y avait pas la Lune, l’obliquité de la Terre varierait
comme pour les autres planètes ; par exemple les pôles pourraient se retrouver
face au Soleil ce qui ne serait pas sans conséquence !
On arrive à cette conclusion :
La Terre apparaît de
plus en plus comme unique.
« Il y a une origine
commune de faits, une séquence de processus, à l’origine d’une variété
d’ingrédients, dans lesquelles la diversité des chemins d’évolution prend
naissance. »
La
généricité
Est-ce que le vivant est lié à la Terre ou non ?
Actuellement on connaît environ 4000 exoplanètes et les degrés de
diversité sont considérables, inédits.
Il y a une infinité de cas possibles.
À partir d’une origine commune on parvient à une grande diversité
des mondes.
À partir de l’universalité des lois on assiste à une généricité (structures,
lois) des processus.
Par la diversité des formes prises, il apparaît une spécificité contingente de
l’évolution.
L’évolution du système solaire a permis que soient préservées des
traces de l’ensemble des étapes qui l’ont jalonnée.
L’astrophysique contemporaine tente de reconstruire la séquence
des processus qui mènent de l’effondrement turbulent d’un nuage interstellaire à
la formation des systèmes stellaires et à l’émergence de la vie, sur des
planètes « terrestres ».
Dans cette planétologie comparative, Mars, les comètes et les
astéroïdes jouent un rôle majeur.
Ce sont les mêmes processus partout, ils sont génériques, ce sont
les mêmes interactions, les mêmes chocs, la même diversité des formes. Ce qui
compte ce ne sont pas les processus, c’est la forme que prennent ces processus
qui vont forger autant de chemins d’évolution, tous équiprobables quelque part.
Nous sommes aujourd’hui au cœur d’une profonde révolution de
notre représentation de la Terre, de l’espace et du temps, de son histoire et de
son évolution ; à toutes ces échelles de temps, elle irrigue des pans entiers de
l’activité humaine.
Les
grandes lignes du processus
On part de l’effondrement d’un nuage.
1ère phase : les
collisions
Elles provoquent l’accrétion des cométésimaux et des planétésimaux.
La forme dominante solide est la glace dès que celle-ci est
stable.
Les planètes géantes se forment à l’extérieur de la « ligne
des glaces » (1) car pour accréter du gaz il faut avoir un gros noyau et
pour avoir un gros noyau il faut qu’il se forme vite, là où la glace est stable
donc loin de l’endroit où se forme la protoétoile.
2ème phase : la migration planétaire
Cette histoire de migration est apparue avec la découverte des
premières exoplanètes.
En 1995 Michel Mayor et Didier Queloz découvrent la première exoplanète.
Celle-ci tourne autour de son étoile (51 Peg) en 4,23 jours terrestres ; sa
masse est considérable 0,46 fois la masse de Jupiter (la plus grosse de notre
système solaire).
Après coup on comprend facilement que pour bousculer son étoile
il fallait une grosse planète proche. Mais comment une planète aussi massive
peut-elle se trouver si proche de son étoile ?
Cela ne ressemble en rien à notre système solaire
Les planètes géantes proches de leur étoile y ont migré.
On
sait que les planètes géantes se forment loin de leur étoile et pourtant on en
trouve à proximité.
On a récemment mis en évidence un phénomène de
migration. Cette
migration a lieu lorsqu’une planète interagit avec le disque de gaz autour d’une
étoile.
Quels sont les effets sur le matériau du disque et les propriétés
des futures planètes internes ?
Il n’y a aucun effet si cela se fait très vite.
Si le disque est essentiellement constitué de gaz, la planète va
rentrer presque jusqu’au centre du disque et il ne se passera rien.
Mais si la planète met du temps, on commence à avoir dans le
disque des planétésimaux de l’ordre du kilomètre.
Au fur et à mesure que la planète pénètre dans le disque, elle
vide tout sur son passage.
L’accrétion ultérieure des planètes comme la Terre devient
impossible jusqu’à vider complétement la cavité.
Si cela va jusque-là on n’est plus là pour en parler.
La question est donc pourquoi sommes-nous là quand même ?
Est-ce que le fait que l’on soit là pour en parler est lié au
fait que Jupiter et Saturne n’ont pas migré puisqu’on les voit très loin. Et si
c’est le cas pourquoi n’ont-elles pas migré alors que les autres semblent
migrer ?
La réponse est donnée par le « scénario
de Nice ».
Pour aboutir à une bonne distribution en masse, l’accrétion des
planètes internes doit partir d’un disque confiné en dessous d’une unité
astronomique. Une des manières d’obtenir cela est de faire migrer Jupiter
jusqu’à peu près la limite actuelle de l’orbite de Mars. Saturne va rejoindre
Jupiter dans un rapport de masse 3/2.
La migration est un processus très générique ; il a
vraisemblablement également pris place dans le système solaire primordial,
imposant « ses conditions initiales » à l’évolution ultérieures des mondes
planétaires.
Cependant les formes planétaires prises, dues aux propriétés
spécifiques du disque protoplanétaire (structure, composition…) ont conduit à un
système solaire « unique ».
3e phase : L’accrétion planétaire
Les protoplanètes internes, composées majoritairement de minéraux anhydres ont
incorporé des grains riches en glace du système externe. Cette glace,
transportée vers la surface par un événement ultérieur, a engendré des océans
d’eau.
4e phase : Des impacts géants
À la fin de la période des impacts géants, qui se mesure en dizaines de millions
d’années, on obtient une cinquantaine d’embryons dans le système solaire et
toutes les collisions vont se faire avec ces objets-là.
La taille de ces objets est de l’ordre de quelques milliers de
kilomètres.
Pour l’essentiel ils ont presque tous disparus lors de chocs
frontaux.
La Terre a ainsi subi un choc géant qui a joué un rôle majeur. Si
ce choc gigantesque avait été frontal nous ne serions pas là pour en parler ; si
ce choc avait été très tangentiel on ne serait pas là non plus, parce qu’il y
aurait très peu d’objets éjectés avec une vitesse inférieure à la vitesse de
libération. Il n’y aurait pas eu de disque circumterrestre à partir duquel
la Lune aurait pu s’accréter.
La géométrie de l’impact a été telle que des fragments, éjectés
du manteau terrestre, mélangés au matériau de l’impacteur, ont construit un
disque circumterrestre, dans lequel
la Lune s’est accrétée.
La Lune a ensuite eu un rôle critique sur l’évolution du climat
de la Terre. C’est en effet la Lune qui stabilise l’obliquité de la Terre et
permet de maintenir un climat pérenne sur des milliards d’années.
L’impact géant a effacé tout ce qu’il y avait d’antérieur, l’instant zéro de la
recristallisation c’est maintenant celui-là.
Même quand est arrivé le « grand bombardement tardif » (Late
Heavy Bombardement LHB), il n’y a qu’une fraction des océans qui a disparue. On
est resté pour l’essentiel avec des océans stables.
Ultérieurement l’impact de comètes dans les océans a pu les
ensemencer, des molécules carbonées complexes permettant l’émergence du
vivant.
Ces processus sont-ils spécifiques à la Terre, ou ont-ils pu
former ailleurs des chemins d’évolution similaires conduisant à l’émergence du
vivant ?
J.P. Bibring développe longuement le cas de la planète Mars.
Il montre que Mars a préservé la mémoire de la plupart des étapes
ayant jalonné son histoire.
Certains terrains gardent la mémoire de ce qui s’est passé avant
le LHB. Pour J.P. Bibring : « on ne forme pas de vie à partir du non vivant ».
En
guise de conclusion
Nous sommes aujourd’hui au cœur d’une profonde révolution de notre
représentation de la Terre dans l’espace et dans le temps et de son évolution à
toutes les échelles de temps.
Les questions exo-biologiques entrent réellement dans l’ère
scientifique, dans un cadre inédit où la diversité des chemins d’évolution
planétaire devient l’objet de recherches et d’observations en bousculant la
sphère proprement scientifique.
Ce qui a changé c’est la question de l’unicité ou de la diversité
des chemins d’évolution vers la vie.
C’est quelque chose qui est en train de se construire. Plus on va
vers l’interprétation et la compréhension des processus qui ont mené à ce que
nous sommes aujourd’hui plus les scientifiques acceptent cette idée que la
diversité des formes prises par les mêmes processus entraîne des chemins
d’évolution. Et c’est ce que l’on trouve sur les exoplanètes maintenant.
À nouveau, cela ne veut pas dire que -dans des environnements
différents- ce que l’on appelle le vivant ne va pas avoir des capacités
d’adaptation qui font qu’un même genre de forme peut se trouver ailleurs.
Ce qui va disparaître, c’est l’idée qu’il y a un chemin
d’évolution unique, déterministe, qui à partir des quarks ne peut
qu’aboutir au cerveau humain.
Je pense qu’il faut qu’on abandonne cette idée-là.
Ce n’est pas parce qu’actuellement il n’y a qu’un seul univers
observable que pour rendre compte de l’évolution telle qu’on la pense
actuellement, qu’il faut passer des quarks au cerveau humain.
En fait il a fallu des conditions très particulières.
Si on change un petit peu les conditions, on aboutit à un
résultat différent.
De là est née l’idée que, puisqu’il y avait quelqu’un qui
voulait en arriver là, il a tout réglé pour cela ; ce n’est pas parce qu’en
changeant les conditions initiales on arrive à autre chose que ces conditions
étaient prévues.
Ce n’est pas parce qu’il a fallu une collision particulière qui a
donné naissance à la Lune, que la collision a pris cette forme-là.
Il se trouve que ladite forme a donné naissance à la Lune qui, en
stabilisant le climat, a permis l’adaptation de la vie.
Nous allons progressivement nous habituer à
cette diversité des
chemins de l’évolution : un petit nombre d’interactions, mais dans une
diversité des champs d’interaction qui sont liés aux aspects chaotiques auxquels
on a fait allusion ci-dessus, qui est tout à fait fondamental.
Là-dessus va se greffer le vivant. Ma propre idée, c’est que le
concept même de vivant va évoluer à la même vitesse que la recherche dans ce
domaine. On utilise souvent des notions nées bien avant que l’on comprenne la
réalité.
Il peut paraître évident de faire la distinction entre une pierre et un arbre,
mais quand on va de plus en plus au fond, on s’aperçoit que les distinctions
sont difficiles.
Les connaissances sur le vivant évoluent : la notion même de
vivant va évoluer.
L’exobiologie expérimentale, qui entre dans une nouvelle ère,
conduit justement à tenter de challenger (selon le terme anglo-saxon) le concept
lui-même.
La vache folle, c’est le prion, le prion c’est le vivant ou pas ? Où
arrêtez-vous la molécule ? Etc.
On réunit dix personnes dans une pièce et on leur demande de
définir le vivant ; on obtiendra des définitions très différentes, mais il y a
des éléments qu’on ne retrouvera plus. Par exemple la question de la
duplication. La notion de duplication qui apparaissait comme une caractéristique
du vivant n’est pas une propriété du vivant mais des molécules que le vivant
utilise. C’est cela que l’on cherche.
Avec Rosetta, on cherche s’il n’y a pas des molécules qui, du point de vue
abiotique, ont la particularité de se dupliquer.
Il faut s’extraire du poids idéologique actuel qui est dominant dans la manière
de voir les choses.
La seule manière de la dépasser, c’est de faire des prévisions
observationnelles et d’aller voir et de comprendre.
S’extraire des pesanteurs qui imposent des points de vue et qui
sont celles sur lesquelles nous avons construit notre vie.
(1) La ligne des glaces marque la limite séparant, au sein
d’un disque protoplanétaire, la composante gazeuse des molécules associées au carbone (C),
à l’azote (N) et à l’oxygène (O)
de leur composante solide. Cette limite est définie par la température de
condensation de l’eau. Elle marque la séparation entre les planètes
telluriques et les planètes
géantes, celles-ci ne pouvant se former qu’au-delà de la ligne des
glaces.
Bon ciel à tous
Christian Larcher membre de le SAF pour
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