Un peu d'histoire... ou plutôt de préhistoire...
Avec le concours de Hubert Reeves, Cosmologiste; Etienne Klein, Physicien; Sylvie Vauclair, Astrophysicienne; Françoise Combes,Astrophysicienne; James Peebles, Astronome; Jan Tauber , Chef de la mission scientifique Planck; Rolf-Dieter Heuer, Directeur du CERN; Abhay Ashtekar, Physicien; François Raulin, Exobiologiste; André Brack, Astrobiologiste; Frances Westall, Géologue; André Langaney, Généticien et Pascal Picq, Paléoanthropologue.
Introduction Le big-bang Les Galaxies Les planètes filles du Soleil Les Origines de la Terre : Un Astre Chaotique devient la Planète BleueAu Commencement, Dieu créa les cieux et la terre. La terre était informe et vide, les ténèbres couvraient l'abîme et le souffle de Dieu planait sur les eaux.
Dieu dit : "Que la lumière soit !" Et la lumière fut. Dieu vit que la lumière était bonne, et il sépara la lumière des ténèbres. Dieu appela la lumière Jour et les ténèbres Nuit. Le soir vint, puis le matin : ce fut le premier jour.
Dieu dit : "Qu'il y ait un firmament entre les eaux, et qu'il les sépare les unes des autres." Et il en fut ainsi. Dieu fit le firmament, et il sépara les eaux qui sont au-dessous du firmament de celles qui sont au-dessus. Dieu appela le firmament Cieux. Le soir vint, puis le matin : ce fut le second jour.
Dieu dit : "Que les eaux qui sont au-dessous des cieux se rassemblent en un seul lieu, que le continent apparaisse." Et il en fut ainsi. Dieu appela Terre le continent et Mer la masse des eaux. Et Dieu vit que cela était bon.
Dieu dit : "Que la terre produise de la verdure, des herbes portant semence, des arbres fruitiers de toute espèce, donnant sur terre du fruit portant semence." Et il en fut ainsi. La terre produisit de la verdure, de l'herbe portant semence de toute espèce, et des arbres de toute espèce, produisant du fruit contenant sa semence. Dieu vit que cela était bon. Le soir vint, puis le matin : ce fut le troisième jour.
Dieu dit : "Qu'il y ait des luminaires au firmament des cieux pour distinguer le jour de la nuit ; qu'ils servent de signes pour marquer les saisons, les jours et les années ; ils serviront aussi de luminaires au firmament des cieux pour éclairer la terre." Et il en fut ainsi. Dieu fit deux grands luminaires : le plus grand pour présider au jour, et le plus petit pour présider à la nuit ; et puis les étoiles. Dieu les plaça au firmament des cieux pour éclairer la terre. Et Dieu vit que cela était bon. Le soir vint, puis le matin : ce fut le quatrième jour.
Dieu dit : "Qu'une multitude d'êtres vivants grouillent dans les eaux et que les oiseaux volent sur la terre, vers le firmament des cieux." Et il en fut ainsi. Dieu créa, selon leur espèce, les monstres marins et tout le pullulement des êtres vivants qui grouillent dans les eaux, ainsi que tous les oiseaux ailés, de toute espèce. Et Dieu vit que cela était bon. Dieu les bénit : "Soyez féconds, dit-il, multipliez-vous, et remplissez les eaux dans la mer et que les oiseaux se multiplient sur la terre." Le soir vint, puis le matin : ce fut le cinquième jour.
Dieu dit : " Que la terre produise des êtres vivants de toute espèce : bétail, reptiles, bêtes sauvages de toute espèce." Et il en fut ainsi. Dieu fit les bêtes sauvages de toue espèce, le bétail de même et de même tous les animaux qui rampent sur le sol. Et Dieu vit que cela était bon.
Alors Dieu dit : " Faisons l'Homme à notre image, selon notre ressemblance. Qu'il règne sur les poissons de la mer, sur les oiseaux des cieux, sur le bétail, sur les bêtes sauvages et sur tous les animaux qui rampent sur le sol." Dieu créa l'homme à son image.
Le Seigneur Dieu dit : "Il n'est pas bon que l'homme soit seul ; je vais lui procurer une aide qui lui soit assortie." Alors, le Seigneur Dieu, qui avait façonné de la terre tous les animaux des champs et tous les oiseaux des cieux, les amena vers l'homme, pour voir comment il les appellerait ; tout être vivant devait ainsi porter le nom que l'homme lui donnerait. L'homme imposa des noms à toutes les bêtes, à tous les oiseaux des cieux, à tous les animaux des champs ; mais pour lui, il ne se trouva pas d'aide qui lui fut assortie.
Alors, le Seigneur Dieu fit descendre une torpeur sur l'homme qui s'endormit ; il lui prit une côte, à la place de laquelle il referma la chair. De cette côte qu'il avait enlevée à l'homme, le Seigneur dieu fit une Femme qu'il amena près de l'homme.
Dieu les bénit : "Soyez féconds, dit-il, multipliez, remplissez la terre et soumettez-la. Régnez sur les poissons de la mer, sur les oiseaux des cieux, et sur tous les animaux. Je vous donne toute herbe portant semence sur toute la surface de la terre, ainsi que tous les arbres fruitiers.
Dieu considéra toute son œuvre et il vit que cela était très bon. Le soir vint, puis le matin : ce fut le sixième jour.
Ainsi furent achevés les cieux et la terre et tout ce qu'ils renferment. Le septième jour, Dieu se reposa de son labeur. Il bénit le septième jour et le consacra, parce qu'en ce jour il s'était reposé de tout l'ouvrage de la création.
Ce récit onirique et hautement symbolique a été écrit entre -650 et -538 avant J.C. par des sages, des savants et des philosophes hébreux en exil à Babylone.
En effet, après la chute de Jérusalem et la destruction du Temple, les Hébreux arrivèrent à Babylone et furent en contact avec une civilisation qui avait un récit de la création. La Bible commençant avec Abraham, le Peuple de Dieu n'avait pas ce genre de récit... et donc il fallait en avoir un... un récit qui puisse expliquer tout de la vie de tous les jours du peuple hébreux. Sages, savants, philosophes, prêtres, et scientifiques se penchèrent sur la question et après la mise en commun de toutes les connaissances de l'époque, ce texte fut créé.
On y retrouve ainsi dans l'ordre : la terre, les cieux, la lumière, les eaux, les végétaux (pour nourrir le bétail... les hébreux sont principalement éleveurs), la lune, le soleil (dieu des Egyptiens, créé le quatrième jour par notre Dieu...!), poissons, bétail, oiseaux, bêtes sauvages, et enfin l'homme et puis éventuellement la femme tirée d'une côte de l'homme d'où tentative d'explication de la suprématie de l'homme sur la femme. On y retrouve aussi la semaine de six jours et le repos hebdomadaire... et la suite de la Genèse tend à expliquer par la nature divine tout ce qui fait la vie des gens de l'époque.
Ce récit tente, avec les connaissances de l'époque de répondre à la question qui est encore la nôtre. Comment s'est créé le monde ? D'où vient la vie ?
Tous les scientifiques se sont penchés à un moment ou à un autre sur cette question.
Aristote (384-322 av. J.C.) pensait que les fossiles étaient des restes d'anciens organismes. Cependant, cette opinion était loin de faire l'unanimité à cette époque. On considérait les fossiles le plus souvent comme des objets de curiosité, de collection, d'étonnement mais pas comme des sujets d'étude scientifique. Ces idées se perpétuèrent jusqu'à la Renaissance période au cours de laquelle Georges Bauer, dit Georgius Agricola qui, en 1546, rédigea "De Natura Fossilium". On parlait de "jeux de la nature", de "pétrification", de "témoins de Déluge Universel" (Et on revient à la Genèse avec Noé et son arche).
Cependant, pour certains esprits éclairés, tels Léonard de Vinci (1452-1512), Jérôme Fracastoro (1483-1553) et Bernard Palissy (1510-1590), il s'agissait bien de restes d'organismes. Mais la distinction de ces organismes avec les espèces actuelles fut plus longue à établir. Nicolas Stenon (1638-1686) percevait déjà l'existence de plusieurs mondes successifs disparus et vers 1780, Georges Louis Leclerc de Buffon (1707-1788) exprimait l'idée d'espèces "perdues". William Smith (1769-1839) conçut les bases mêmes de la stratigraphie tandis qu'à la même époque, Léopold von Buch (1774-1832) introduisit la notion de fossile "directeur" et Georges Cuvier (1769-1832) créait la paléontologie moderne grâce à ses travaux sur l'anatomie comparée des vertébrés fossiles. C'est à la même époque que le terme de Paléontologie était utilisé pour la première fois par Ducrotay de Blainville. Sans parler des scientifiques comme Jean-Baptiste Lamarck (1744-1829) qui amorça la grande série de monographies d'animaux actuels avec Cuvier et Geoffroy Saint-Hilaire (1772-1844).
Enfin, c'est avec Darwin (1809-1862) que la conception évolutionniste fut admise.
Mais si le concept d'évolution fut admis, un autre problème se posait aux scientifiques de l'époque : le problème de l'origine de la matière vivante. Jusqu'aux travaux de Pasteur, la théorie de la "Génération Spontanée" était la seule idée admise. Que ce soit des bactéries apparues dans l'eau croupie ou de mouchettes nées du vinaigre ou encore de souris générées par des chiffons entassés dans un coin de grange, l'idée de la réalisation totale, immédiate d'êtres vivants complexes était admise. C'est Pasteur qui effondra cette théorie en démontrant qu'un être vivant ne peut être issu que d'un autre être vivant. Qu'à cela ne tienne... La génération spontanée était donc du domaine des paléontologues puisque la vie avait dû apparaître sur Terre de manière "spontanée" à partir de matières non vivantes.
C'est Darwin, enfin, qui émit l'idée de la transformation des systèmes biologiques au cours du temps et qui avança l'idée que des formes de vie simples avaient dû précéder les formes de vie complexes, formes de vie qui ne sont en fait que le fruit des modifications successives des premiers êtres.
Darwin disait : "L'homme et tous les autres animaux vertébrés ont été construits sur un même modèle général ; ils passent par les mêmes étapes initiales de développement et conservent certains traits communs. C'est pourquoi il faut admettre leur origine commune."
Nos ancêtres ont cru que nous descendions de demi-dieux, ce qui nous a donné une certaine arrogance et un tas de préjugés qui nous empêchent d'arriver à cette conclusion.
Cependant, les naturalistes sont déjà souvent familiarisés avec cette structure de pensée et dans un avenir proche, on reconnaîtra que nous ne sommes pas le résultat d'un acte de création isolé.
"Les espèces animales de notre planète changent en réponse à des modifications de l'environnement, par suite de l'usage ou du non usage de certains organes, les modifications obtenues se transmettant à leur descendance par une modification du code génétique de l'individu mutant."
On s'est rapidement rendu compte que ces modifications sont lentes et progressives.
Cela étant, l'âge de la terre est bien plus important que celui qui était proposé par les adeptes de la chronologie biblique.
Après les travaux de Wallace et de Darwin, l'idée d'une certaine évolution constante devint scientifiquement admise.
L'espèce n'est donc plus une entité éternelle comme on semblait le croire mais une entité qui admet des variations, des modifications au cours du temps... en un mot, une EVOLUTION.
La vie est donc un combat au cours duquel le plus fort, le mieux adapté l'emporte sur les autres, opérant ainsi une sélection naturelle qui aboutit à la persistance du plus apte et au rejet du moins adapté.
Mendel, avec ses travaux sur l'hérédité, a permis aux scientifiques de comprendre plus amplement le processus d'apparition du changement et sa transmission aux descendants.
C'est ainsi qu'est née une théorie évolutionniste acceptant les données de Darwin et de Mendel. Cette théorie fut nommée le "néodarwinisme".
Le concept d'évolution étant admis par les scientifiques, nous devons remonter le temps et rechercher le début de cette longue histoire. Nous devons reconnaître que le modèle proposé par la Bible ne nous satisfait pas au niveau scientifique sans pour autant que je remette en question les Ecritures Saintes. Cependant, une rapide étude de fossiles nous fait voyager beaucoup plus loin dans le temps que ne le fait la Bible.
Alors, quand cela a-t-il commencé ?
Depuis mercredi 4 juillet 2012 à 10h00, le monde n’est plus tout à fait le même ou plutôt la connaissance que nous en avons n'est plus tout à fait la même. Il y a de nouvelles réponses aux questions "D’où venons-nous ? D’où vient la vie, la Terre, l’Univers . Qu’est ce qui fait que nous, les hommes, nous existons ?"
Le 4 juillet, donc, les physiciens du CERN, après avoir utilisé une nouvelle fois le Grand Collisionneur des Hadrons, l'accélérateur de particules de 27 kilomètres de long, construit dans un tunnel sous la frontière franco-suisse et analysé les résultats dans leur fameux laboratoire de recherches, ont annoncé avec une quasi certitude qu’ils avaient découvert le chaînon manquant de la matière. Le célèbre boson de Higgs, appelée aussi « la particule de Dieu » qu’ils traquent fébrilement depuis des décennies.
S’il n’avait encore jamais été observé, le boson de Higgs avait déjà été envisagé. Dans les années 1960, les Belges Robert Brout et François Englert, d'un côté, et le Britannique Peter Higgs, de l'autre, avaient en effet théorisé l'existence de ce "boson", dont le champ aurait permis aux autres particules d'acquérir une masse, juste après le big-bang, il y a 13,7 milliards d'années. Cette découverte interviendrait donc 50 ans après son invention théorique.
Cette particule joue donc un rôle essentiel dans la création de l’Univers car c’est elle qui confère à tous les objets une masse et sans cette masse, l’Univers n’aurait pu voir le jour et c’est grâce à la masse et à la gravité que furent créés le soleil, les planètes et finalement la vie.
Quand vous touchez votre corps, vous touchez à des tissus, ces tissus sont composés de molécules assez complexes, d’ADN et autres qui, elles mêmes, sont composées d’atomes forgés dans les étoiles par des réactions nucléaires de sorte que nous puissions dire que nous sommes des poussières d’étoiles. Quand vous touchez à votre corps, vous touchez à des éléments qui étaient présents avant la création du soleil qui flottaient quelque part entre les étoiles et qui un jour se sont retrouvés dans une nébuleuse, une grande nébuleuse qui s’est effondrée et qui a donné naissance aux soleils et aux systèmes solaires.
C’est sans doute un des plus grands acquis de notre époque. La science dispose désormais d’un récit de nos origines. C’est la même aventure qui se poursuit depuis 14 milliards d’années, une histoire qui unit l’Univers, la vie, l’homme. Nous descendons des singes et des bactéries mais aussi des astres et des galaxies.
Parce qu’au XXème siècle on a compris que l’Univers a une histoire, c’est le plus grand résultat scientifique de tous les temps. Le discours de la science est incomplet mais il est précieux. On pourrait dire que la science est une sorte de trésor d’incomplétude.
Donc notre histoire commence … mais par où commencer ? Depuis toujours, les hommes regardent les étoiles en s’interrogeant sur l’origine du monde. Mais un homme, un jour, a vu ce qu’aucun n’avait vu jusqu’alors. En 1609, Galilée a l’idée de tourner vers le ciel une lunette, un instrument qui, jusqu’alors, ne servait qu’à surveiller les armées ennemies. Mais lorsqu’il regarde dans sa lunette astronomique, il ne sait pas encore qu’il effectue un prodigieux voyage dans le temps, un voyage dans l’histoire même de l’Univers.
Ce que l’Astronomie a découvert il y a quelques siècles, c’est que quand on regarde vers le ciel, on voit non pas l’Univers tel qu’il est aujourd’hui mais tel qu’il était dans la passé. La lumière voyage avec une vitesse qui n’est pas infinie. Ca met du temps pour que des images d’une telle étoile, d’une telle galaxie ou d’un tel astre nous parviennent. Donc quand on regarde cet astre, on le voit tel qu’il était quand la lumière a été émise ce qui peut être 8 minutes pour le Soleil, ce qui peut être quelques années pour les étoiles qu’on voit à l’œil nu et cela peut être quelques milliards d’années pour les galaxies qu’on voit au télescope.
Sans télescope, nous ne connaîtrions qu’une lune, 6 planètes et quelques milliers d’étoiles. Prenons l’exemple de l’observatoire du Pic du Midi est situé à près de 3000m d’altitude dans les Pyrénées. Depuis plus d’un siècle, les astronomes y observent l’Univers à des distances de plus en plus grandes, donc de plus en plus loin dans le passé. Un télescope, c’est une véritable machine à remonter le temps et c’est ainsi qu’en sondant son histoire, les scientifiques on découvert que l’Univers est en évolution depuis plusieurs milliards d’années.
En somme, les physiciens et astronomes ont réussi l'exploit d'appréhender l'ensemble du cosmos : ils se sont aperçus qu'il n'était ni immuable, ni éternel : l'univers possède une histoire.
En observant l'Univers et le cosmos, on arrive à certaines constatations assez déconcertantes pour notre esprit cartésien. Ouvrons notre esprit et soyons prêts à accepter des faits qui vont bouleverser notre logique, nos croyances, notre perception des choses, notre faculté de compréhension, notre système de grandeur ainsi que notre système de valeurs
Avec un télescope, on observe les étoiles et les galaxies, les galaxies qui sont de grands ensembles d’étoiles. Une galaxie comme la nôtre contient quelque 200 milliards d’étoiles, comme le Soleil. Et, en observant ces galaxies, on s’aperçoit d’abord qu’elles sont très loin de nous, et qu'elles s’éloignent de nous.
C’est cette observation qui va permettre à la science de remonter jusqu’aux premiers instants du big-bang. Les galaxies s’éloignent mais il ne s’agit pas d’un mouvement des galaxies.
On a l’impression que les galaxies s’éloignent de nous. Proportionnellement à leur distance, plus elles sont loin et plus elles s’éloignent de nous avec une grande vitesse mais en fait, elles sont immobiles. C’est seulement l’Univers qui entre en expansion, qui gonfle et ça leur donne une vitesse apparente mais en fait les galaxies sont immobiles. On peut représenter cela comme un gâteau avec des petits raisins, une espèce de pudding et le pudding en gonflant représente un peu l’expansion de l’Univers, ce qui amène l’image assez juste que chaque grain de raisin est une galaxie et ne bouge pas mais s'écarte des autres grains de raisin à la faveur du gonflement de gâteau. Quand vous avez deux galaxies qui s’éloignent l’une de l’autre, il ne faut pas imaginer que ces galaxies se déplacent l’une et l’autre dans l’espace… en fait c’est la distance qui les sépare qui augmente et donc c’est l’espace-temps entre elles qui se dilate. Ce n’est pas une expansion dans l’espace mais une expansion de l’espace. Evidemment, on a du mal à l’imaginer ainsi mais c’est très clairement ce que les équations nous disent.
L’Univers grandit aujourd’hui de 20 millions de km par minute. Si l’Univers gonfle, cela veut dire qu’il était plus petit avant. Ainsi, si l’on repasse le film à l’envers, plus on remonte le temps, plus l’Univers se contracte jusqu’à considérer tout l’Univers contenu en un point, dans une tête d’épingle. C’est ce qu’on appelle le big-bang, l’origine de notre Univers. Cet évènement a eu lieu il y a 13,7 milliards d’années. Cette théorie d’un début, d’une naissance de l’univers a longtemps été contestée par les scientifiques eux-mêmes et c’est à la suite d’une découverte accidentelle en 1965 que l’idée d’un big-bang universel s’est imposée.
C’était un accident qui est arrivé à des ingénieurs de Bel Télécom qui travaillaient sur les premiers téléphones portables. Ils ont entendu un bruit dans l’espace, trop fort pour être attribué à l’activité humaine. C’est resté un mystère pendant 5 ans puis, on a compris : c’était un rayonnement émis au commencement de l’Univers.
C’est ce qu’on appelle le rayonnement fossile. C’est le document le plus ancien que nous ayons du passé de l’Univers.
Ce bruit de fond est en réalité composé de photons. Les premiers grains de lumière échappés du big-bang. Ces particules lumineuses âgées de plus de 13 milliards d’années ont voyagé jusqu’à nous. Une véritable empreinte cosmique qui témoigne des origines de l’Univers.
Ces particules de lumière sont de véritables fossiles de la même manière que les empreintes de dinosaures prouvent que ces animaux ont foulé le sol terrestre. Ce rayonnement est bien la preuve que l’Univers a gonflé à partir d’un état dense et chaud.
Ce rayonnement, d’après la théorie, n’a pas été émis au moment du big-bang mais 380.000 ans après. Ca paraît long mais par rapport à 13,7 milliards d’années, c’est court. C’est pratiquement à une période où l’Univers était à 3000 degrés
L’obsession des scientifiques va être désormais de photographier cet Univers naissant. En 1992, une première image va être captée par le satellite Kobé. Cette image exceptionnelle ne laisse aucun doute : la théorie du big-bang est validée. Mais ça ne va pas s’arrêter là. Le 14 mai 2009, la Fusée Ariane 5 lance le satellite Planck. A son bord, un télescope destiné à livrer une image 1000 fois plus précise de cette première lueur de l’Univers.
Le satellite Planck, c’est essentiellement un télescope, qui, grâce à ses détecteurs, reconstitue une image précise de l’espace. Le satellite va prendre des photographies du rayonnement émis 380.000 ans après le big-bang. Au moment où cette lumière a été émise, l’Univers était 1000 fois plus petit qu’aujourd’hui. Il était aussi beaucoup plus comprimé et beaucoup plus chaud.
On peut dire "Et la lumière fut". C’est une façon de le dire qui a un petit peu une connotation religieuse que je ne veux pas du tout avoir ici mais c’est vrai dans la réalité. Il y a une époque où la lumière s’est séparée de la matière et cette lumière, on la voit toujours avec des instruments appropriés. Quand l’Univers était moins âgé que ces 380.000 ans il était chaud, il était lumineux mais cette lumière-là était toujours absorbée et réémise par la matière donc elle n’a pas directement traversé les âges.
Avant 380.000 ans donc, l’Univers reste inaccessible à toute observation. Pourtant, les scientifiques ont trouvé le moyen de reconstituer cette période du big-bang, jusqu’aux premiers instants de l’Univers
Par le calcul, on peut savoir en remontant le temps, beaucoup de choses qui se sont produites avant cette époque. C’est dans ce laps de temps, en effet, que se sont formés les ingrédients de base qui aujourd’hui composent notre Univers : les premiers éléments chimiques. 1 minute et 40 secondes après l’instant initial sous une température ambiante de plus d’un milliard de degrés, vont se former les premiers noyaux d’atomes : d’abord l’hydrogène, le deutérium puis l’hélium.
Quand vous gonflez un ballon à l’hélium, vous capturez des éléments du big-bang, en buvant un verre d’eau, vous avalez des noyaux d’hydrogène aussi vieux que l’Univers. Ces éléments constituent encore aujourd’hui la matière première du cosmos. Mais d’où viennent-ils ? De quoi sont-ils faits ?
Ces premiers atomes sont eux-mêmes composés de parties plus petites : les électrons et les quarks. Ce sont les particules élémentaires.
Si on veut pouvoir remonter le temps, il faut pouvoir diviser la matière pour dire quel est le plus petit composant de l’Univers.
Quand on remonte vers le big-bang, on approche d’un moment où tous les éléments, les atomes, les galaxies, sont dissociés en quarks et en électrons et la dernière image qu’on a accessible est une espèce de soupe, un potage de ces lettres qui sont les particules élémentaires.
Cette soupe primordiale est la clé de voûte des origines. En étudiant l’infiniment petit, on se rapproche inexorablement du big-bang. C’est la raison d’être de cette mystérieuse machine qu’est le grand accélérateur de particules du CERN en Suisse. Cet anneau souterrain de 27 km de circonférence projette des particules à des vitesses proches de celle de la lumière.
Le CERN à la frontière franco-suisse
Le LHC est en fait un microscope ultra-puissant avec lequel nous plongeons dans l’univers de l’infiniment petit. Nous essayons d’abord de comprendre la nature des particules qui nous composent et de savoir quelles forces les animent. Mais ce n’est pas tout car grâce à cette machine, nous nous rapprochons des origines mêmes de l’Univers. Nous explorons l’Univers à ses débuts.
Vous avez deux faisceaux de particules de très haute énergie qui entrent en collision. Cela veut dire que dans un tout petit volume dans l’espace et dans un temps très bref, vous recréez dans le présent les conditions physiques de l’Univers primordial.
Le but de cette expérience unique est bien de percer les secrets de la matière, voir comment la matière se comporte quand elle est soumise à une forte densité et à de très hautes températures, c’est imaginer comment notre univers a pu se former dans un mouchoir de poche il y a 13,7 milliards d’années.
C’est comme le font les enfants lorsqu’ils veulent savoir de quoi leurs jouets sont faits : ils les cassent. Si vous voulez connaître le microcosme de la matière, vous devez casser la matière.
Jusqu’où pouvons-nous aller dans les débuts de notre Univers ? Et bien nous arrivons au millionième de millionième de seconde après le big-bang.
Le big-bang : l'instant initial
A ce moment-là, notre Univers contenait déjà toute l’énergie nécessaire à produire tout ce qui nous entoure mais il n’était pourtant pas plus gros qu’un grain de sable et sa température était d’un milliard de milliard de degrés. Or, à cette échelle, nos lois physiques trouvent leurs limites.
C’est là qu’on en est actuellement. Mais si avec le nouvel accélérateur, des scientifiques parviennent à casser les électrons et à montrer qu’il y a encore tout un monde, que les électrons sont aussi complexes que le système solaire, ce qui est possible, on n’en sait rien, et bien évidemment, on poursuivra cette histoire… c’est une histoire « affaire à suivre ».
Reste LA question, celle de l’instant initial du big-bang, que la science est incapable de décrire. Elle ne peut remonter jusque là ni par l’observation ni par le calcul. Cela ne signifie pas que la science n’a rien à en dire, bien au contraire...
Tout ce qui nous entoure et que nous pouvons voir autour de nous, dans les premiers instants de l’univers était concentré dans un volume infiniment petit.
Oui, c’était contenu dans une tête d’épingle.
Oui, c’était tout petit.
Mais alors, comment imaginer l’infini de l’Univers dans un volume aussi petit ?
S’il est infini, il n’a jamais été petit. Si vous êtes infini un jour, vous êtes infini toujours, vous ne passez pas du fini à l’infini comme ça, par magie...
Quand vous dites que l’Univers était petit comme une tête d’épingle et même moins que ça, vous imaginez l'infini de l'espace dans une tête d’épingle. Alors, la tête d’épingle était petite, oui mais c’était déjà l’Univers.
Tout petit déjà, l’Univers était infini, et ce, dès sa naissance. Ici, notre esprit se heurte à ses propres limites car s’il y a un début de l’Univers, une autre question se pose tout aussi vertigineuse : peut-on parler d’un instant "0" où tout aurait commencé ?
Non, "0" est trop absolu. Je ne pense pas qu’il y en ait un. Enfin j’imagine qu’il y a un "0" dans le temps mais là, c’est dangereux, car on est sur un terrain glissant. En effet, si on admet un temps "0" on pourrait tout aussi bien admettre un temps "-1" et là, on se retrouve avant le big-bang, ce qui est humainement inconcevable... "un temps avant le début du temps". On peut évidemment toujours parler d’un instant "0", d'un commencement, à condition d’admettre que la physique ne peut pas le décrire. Si je dis que le temps commence au moment du big-bang, il y a forcément un temps "0", mais il nous est inaccessible, nous n’arriverons jamais à ce "0".
La question du commencement du temps nous amène dans une impasse. Si le temps "0" est inaccessible, peut-on malgré tout se demander ce qu’il y avait avant le big-bang ? Le temps -1 ?
Le big-bang c’est l’horizon, c’est la limite au-delà de laquelle on n’a "rien". Je n'ai pas dit : "Il n’y avait RIEN", j'ai dit : "on n’a RIEN". Cela veut dire : "On n’a aucune observation, aucun élément, aucune donnée qui nous permette de dire ce qu’il y avait avant 13,7 milliards d’années." C’est comme quand vous êtes au bord de la mer. Vous voyez de l’eau jusqu’à l’horizon et vous ne vous avisez pas de dire que l’eau s’arrête là parce que vous ne voyez pas au delà.
Aujourd’hui, des cosmologistes osent s’aventurer au-delà de cet horizon. L’objectif est de plus en plus vertigineux, il s’agit de comprendre ce qui a provoqué le big-bang.
Demandez à n’importe quel expert en physique quantique, tous vous diront que nous ne sommes pas sûrs que le big-bang soit le début de notre Univers car la physique classique qui prédit ce début est incomplète. J’ai toujours eu l’intuition que le big-bang ne pouvait pas avoir tout créé mais qu’est-ce qui pouvait remplacer cette théorie ?
Abhay Ashtekar , ce physicien mondialement reconnu a construit un modèle mathématique pour traverser la barrière du big-bang. Il peut alors regarder de l’autre côté du miroir. Dans un passé lointain, l’Univers était vaste et s’est effondré sur lui-même. Il est devenu tout petit, minuscule et il s’est redéployé à la faveur du big-bang. Le Professeur Ashtekar décrit l’existence, avant le big-bang, d’un Univers semblable au nôtre, mais à l’évolution inverse. Au lieu de se déployer, il se contractait jusqu’à un point de passage appelé Big Bounds, le grand rebond. Cet Univers aurait alors rebondit sur lui-même pour donner naissance au nôtre.
Dans ce qu'il appelle "le goulot", l’échelle de l’Univers est minuscule. Les notions de temps et d’espace-temps n’existent plus. L’Univers ancien et l’Univers actuel sont connectés en un point, comme un passage secret. C’est le tunnel de la nouvelle physique quantique.
Si l'on accepte cette vision des choses, notre Univers actuel, toujours en déploiement à raison de 20 millions de km par minute va finir un jour par ralentir progressivement pour arrêter de se déployer (Quand ? Bonne question... d'ici une dizaine de milliards d'années, peut-être...) puis va entrer dans une phase de contraction qui durera aussi longtemps que la phase de déploiement pour arriver à une contraction maximum, un point, une tête d'épingle, un goulot de passage pour exploser ensuite et se redéployer dans un nouvel Univers.
Cette vision donne le vertige car combien y a-t-il eu de phase "déploiement-contraction" avant notre Univers ? 10 ? 100 ? 1000 ? Une infinité ? Et combien y en aura-t-il après notre Univers actuel ? 10 ? 100 ? 1000 ? Une infinité ?
Le tout tout tout premier big-bang, quand a-t-il eu lieu ? A la faveur de quel phénomène a-t-il eu lieu ? Personne ne pourra jamais répondre à cette question et c'est peut-être là que l'on trouve l'intervention du Doigt de Dieu... Mais je ne m'aventurerai pas sur le chemin de la philosophie religieuse et je laisse à chacun de croire ce qu'il veut.
Mais revenons à ce qui nous intéresse : notre Univers actuel. Il est apparu il y a environ 14 milliards d'années pendant un épisode qui a duré près de 380.000 ans.
Et paradoxalement, la saga de la création commence par un bref intermède d'indétermination : pendant un cent millionième de milliardième de milliardième de milliardième de milliardième de seconde, que l'on a appelé l'ère de Planck, durant ce très court laps de temps, l'espace et toutes les grandeurs physiques usuelles vont inextricablement se mêler au point de perdre tout leur sens actuel. L'univers n'est alors qu'un unique atome d'énergie, indivisible, ultra dense et ultra chaud. Aux limites de ce que l'esprit humain peut concevoir.
Vient ensuite l'ère de l'unification des forces. Les premières particules de matière, mille milliards de fois plus massives que ce que peuvent produire les plus modernes accélérateurs de particules, apparaissent et leurs relations sont régies par une super force primitive unique. Règne aussi le vide quantique insolite, bouillonnant d'énergie et de particules virtuelles, massif et doté d'une forte propension à l'extension.
On pourrait essayer de résumer ceci en disant qu'au départ, c'est-à-dire il y a quelques 14 milliards d'années, il semblerait que toute la matière de notre univers était rassemblée en un tout. Imaginons toute l'immensité des étoiles, des planètes, des galaxies, et des poussières interstellaires réunies en une seule masse, de la grosseur d'une tête d'épingle. Ce devait être un milieu colossalement titanesque, avec des pressions gigantesques et une énergie incommensurable dans cette masse.
C'est cette énergie qui est à l'origine de l'explosion de la masse : le BIG-BANG.
Un grand flash. Une explosion fulgurante de lumière, de matière et d'énergie. Tel est, selon les astrophysiciens, le phénomène qui a engendré l'Univers, l'espace et le temps dans lequel les étoiles, les galaxies et le monde terrestre évoluent aujourd'hui.
Cette explosion fit éclater, se disloquer, se morceler cette masse énorme. Les morceaux ainsi formés furent envoyés à des distances folles, à des vitesses vertigineuses dans toutes les directions. Tous ces morceaux forment actuellement les étoiles et les planètes.
L'explosion fut telle, avec un tel dégagement d'énergie que les morceaux formés sont encore -après 14 milliards d'années- à avancer, à s'écarter du centre dans le vide de l'espace à la vitesse de 20 millions de km par minute. Les plus grands adjectifs de la langue française ne sont pas suffisants pour décrire une telle explosion.
Malheureusement, ceci n'est pas rigoureusement exact car à force de vouloir simplifier et résumer, on crée des raccourcis et des erreurs. En effet, on pourrait croire, à lire les quelques lignes qui précèdent que l'univers s'est développé à partir d'un point central alors qu'il faut plutôt envisager que l'expansion de l'Univers s'est opéré en tous points de l'espace (peut-être) infini. De même, ce mouvement général n'est pas celui de la matière dans un cadre géométrique fixe comme ce serait le cas d'une grenade explosant et expulsant ses débris à la ronde mais plutôt comme une dilatation de la trame, du tissu de l'espace et du temps. Entre tous les corpuscules ou îlots de matière, il y a production d'espace et de temps.
Puis, c'est l'emballement catastrophique, une inflation vertigineuse la production de vide et donc d'énergie. les dimensions de l'Univers vont être exponentiellement augmentées et la super force universelle se scindera alors en trois modes d'interaction, qui, avec la gravité, omniprésente depuis l'ère de Planck formeront les quatre forces fondamentales régissant l'Univers actuel. De même, les particules hyper massives initiales se diviseront pour engendrer les constituants de la matière : Quarks, Electrons et Neutrinos.
Sont apparues ensuite les particules élémentaires et leurs interactions. Puis les protons et les neutrons. Les premiers noyaux d'atomes ont pu s'assembler. Enfin, la lumière a jailli de la matière opaque pour se propager librement.
Tout ce que nous voyons aujourd’hui a une filiation directe avec le big-bang, mais tout ne s’est pas joué à ce moment-là. Le monde ne s’est pas fait en 7 jours mais bien en 13,7 milliards d’années.
Cette évolution est jalonnée de naissances et de disparitions. "Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme" disait Lavoisier.
Après l'explosion, le temps a passé, beaucoup de temps s'est écoulé, laissant le temps aux éléments de se rassembler. Ainsi 1 milliard d’années après le big-bang naissent les premières étoiles à partir des gaz d’hydrogène et d’hélium déjà présents dans l’Univers. Il y a un nuage de gaz qui s’effondre dans sa propre réalité, et 1000 ans après, on a déjà une protoétoile qui se forme. Elle est déjà tellement concentrée qu’elle commence à rayonner. Les pressions colossales qui s'exercent en son centre font monter la température et quand celle-ci atteint plusieurs millions de degrés, 100.000.000 de degrés kelvins pour être exact, l'hydrogène entre en fusion et l'étoile naît. La réaction nucléaire est engagée et l’étoile se met briller comme toutes les étoiles brillent.
Ces réactions nucléaires ont lieu au cœur même des étoiles. Elles produisent tous les éléments aujourd’hui présents dans l’Univers comme le Carbone, le Fer ou l’Oxygène. Lorsque ces étoiles-usines ont consumé tout leur combustible, selon leur masse, les étoiles pourront devenir une géante rouge, une naine blanche ou pourront exploser avec un flash incroyable pour devenir une supernova, la matière ainsi produite dans les étoiles est alors dispersée dans l’espace ou encore devenir un trou noir.
Cette machinerie se répète à l’infini et produira les quelque 200 milliards de galaxies que l’on observe aujourd’hui dans le cosmos. Chacune d’entre-elles est composées de plusieurs centaines de milliards d’étoiles…
Mais revenons à des considérations plus simples : le big-bang a eu lieu. L'Univers vide et sombre a été rempli de lumière et de matière.
Mais en ce qui nous concerne, de par sa masse assez faible, notre soleil ne sera rien de tout cela. D'ici 6 ou 7 milliards d'années, il deviendra progressivement une géante rouge et s'éteindra lentement pendant encore un milliard d'années.
Nous avons cité ci avant le terme "galaxie". Ce sont en fait de vastes agglomérations d'étoiles qui brillent par centaines de milliards dans le ciel.
Mais leur naissance demeure un mystère que les dernières découvertes astronomiques n'ont pas dissipé.
C'est l'un des plus irritants problèmes de la cosmologie moderne : mais comment sont nées les galaxies qui tapissent aujourd'hui la voûte céleste par centaines de milliards ? Comment se sont-elles condensées à partir de la matière du big-bang ? Et surtout, comment l'Univers primordial, aussi uniforme qu'une mer d'huile, a-t-il pu se façonner de manière à laisser apparaître ces univers-îles regroupées en amas et superamas ? Durant ces 15 dernières années, les astronomes ont esquissé une première ébauche de réponse. Mais ils ont surtout appris combien leur ignorance en matière de formation de galaxies était intimement liée à deux grandes interrogations cosmologiques : l'existence d'une matière noire, invisible et de la physique ésotérique des premiers instants de l'histoire universelle.
Tout commence à la fin de l'explosion cosmologique primordiale alors que l'Univers n'est encore âgé que de 300.000 ans. Un événement crucial vient d'avoir lieu : la matière a divorcé de la lumière et, par sa densité, sa gravité, elle domine désormais l'évolution du cosmos. La soupe primordiale, qui, jusqu'alors était restée homogène, peut alors commencer à développer des hétérogénéités ou "grumeaux". En certains endroits, la matière se détache soudain du flot général de l'expansion pour se contracter et remonter en quelque sorte le cours de son histoire.
Se forment ainsi des "paquets de masse" isolés. Ils se composent pour 90 à 99% d'hypothétiques particules de matière noire non rayonnante supposée créée dans le big-bang, auxquelles s'ajoutent entre 1 et 10% d'atomes d'hydrogène et d'hélium, plus ordinaires. Ce sont ces premiers agrégats de matière, qui, en se divisant, donneront naissance aux futures étoiles et, en s'agglomérant, engendreront les galaxies.
Autour des concentrations massives de matière noire, les gaz d'hydrogène et d'hélium se regroupent, s'échauffent, puis se refroidissent en émettant de la lumière. La matière ordinaire peut alors reprendre son effondrement. Elle se fragmente en morceaux au cœur desquels la température augmente furieusement, jusqu'à ce que les réactions de fusion thermonucléaires s'y enclenchent : la première génération d'étoiles est née. Brillante et stable. Elle sera bientôt suivie par d'autres, au cœur desquelles les éléments chimiques essentiels à la vie, carbone, azote et oxygène, seront lentement élaborés.
Parallèlement, un autre processus cosmique est entré en action : l'assemblage hiérarchique des grandes structures. Les amas d'étoiles en formation se regroupent de façon à constituer des objets de plus en plus gros, emboîtés les uns dans les autres à la manière des poupées russes. Ainsi seront constituées les ancêtres des grandes galaxies elliptiques et spirales à l'intérieur desquelles nous dénombrons aujourd'hui plusieurs centaines de milliards d'étoiles.
Ainsi émergeront progressivement les groupes de plusieurs dizaines de galaxies et les superamas qui en regroupent des milliers. A la périphérie du superamas de la Vierge, par exemple, on peut observer une trentaine de galaxies dont l'une mesure 100.000 années lumière de diamètre et abrite une petite étoile jaune : le Soleil, entouré de ses neuf planètes.
Premier succès théorique, donc. Le scénario de la formation des galaxies explique désormais grossièrement l'architecture hiérarchique de l'Univers. Une telle performance serait apparue inconcevable il y a quinze ans. Elle confirme que les deux éléments moteurs du processus sont bien ceux mis en œuvre dans le modèle : l'attraction gravitationnelle comme force agissante et la matière noire comme puissance accélératrice.
Cependant, bon nombre de questions physiques clés restent encore à régler. Par exemple : l'origine des frémissements de la matière primordiale qui ont déclenché tout le processus d'effondrement et fragmentation des galaxies. Selon les scientifiques, ces premières fluctuations plongent leurs racines dans les interactions entre particules et dans de mystérieux phénomènes de "cordes cosmiques" qui se développaient juste après le big-bang. Autrement dit, durant une période quasiment impossible à atteindre par des moyens d'investigation actuels. Conséquence : sur la physique des grumeaux primordiaux, nous n'avons que les renseignements très indirects et imprécis obtenus au travers de l'image prise par le satellite Cobe, de l'Univers lorsqu'il était âgé de 300.000 ans.
De même, les astronomes n'ont encore qu'une idée très floue de la façon dont le processus global de formation des galaxies s'est déroulé dans le temps. Les grandes structures (amas de galaxies) se sont-elles développées auparavant, après ou en même temps que les petites étoiles ? Mystère. Tout ce que l'on peut dire est que la condensation des étoiles et l'agglomération des galaxies se sont opérées très rapidement. Deux milliards d'années après le big-bang, alors que l'Univers n'avait que 13% de son âge actuel, les premières étoiles et galaxies brillaient déjà de tous leurs feux.
Autre certitude : que ce soit dans le processus de développement des univers-îles individuels ou dans le lent façonnage de la structure d'ensemble de l'Univers, la matière noire, invisible a joué un rôle cosmique de premier plan. Quelle est sa nature exacte ? Se compose-t-elle de neutrinos rapides ou de particules massives totalement inconnues aujourd'hui sur Terre ? La question est cruciale pour tenter de comprendre pourquoi à très grande échelle les galaxies, amas et superamas de l'Univers local paraissent s'accumuler le long d'immenses tentures, filaments ou bulles cosmiques. Elle reste encore sans réponse. Les astronomes ont encore de très beaux jours de travail devant eux.
Bienvenue dans votre galaxie, la Voie Lactée…
IMAGE VOIE LACTEE
Il y a 4,5 milliards d’années naît une étoile à la périphérie de la Voie Lactée : le Soleil. Des amas gazeux se détachent de l’étoile en formation et gravitent autour d’elle. C’est ainsi que les planètes de notre système se forment et la Terre avec.
Vénus au climat infernal, Mars et ses déserts ocres, Jupiter parcourue de tempêtes, Saturne ceinturée d'anneaux : autant de figures devenues aujourd'hui familières grâce aux sondes interplanétaires. Mais que savons-nous au juste de l'origine de ces mondes ?
Elles se sont assemblées dans l'environnement encombré de notre étoile naissante suivant un mécanisme progressif. En cent millions d'années, tout était joué. Et le scénario détaillé des événements constitue l'un des piliers fondamentaux de l'édifice astrophysique moderne.
Point de départ et cadre de l'histoire : le disque d'hydrogène et de poussières au milieu duquel le jeune Soleil commence à briller. Ce disque en rotation, environ 100 fois plus grand que le système solaire actuel, s'est formé dans l'effondrement d'un nuage galactique dense. Il véhicule à présent la matière du nuage externe vers l'étoile centrale en formation, suivant un schéma d'écoulement en spirale. Cinquante fois moins massif que le Soleil lui-même, ce disque, ou "nébuleuse gazeuse primitive", contient néanmoins une quantité de matière dix fois supérieure à celle nécessaire pour former les neuf planètes du système solaire.
Le processus peut donc s'enclencher. A l'intérieur de la nébuleuse, les poussières microscopiques en mouvement se heurtent, s'agglutinent et s'accumulent en amas de taille croissante. Si bien qu'en moins de 10.000 ans, mille milliards d'agrégats de quelques kilomètres de diamètre se forment ainsi : ce sont les planétésinaux, ancêtres des actuelles comètes. Cette étape peut être très précisément située autour de 4,56 milliards d'années avant le présent grâce à la dilatation radio-isotopique des météorites recueillies sur Terre.
Puis, les planétésimaux s'assemblent en embryons planétaires de mille kilomètres de diamètre. C'est la phase d'impacts cataclysmiques : une série de collisions extraordinairement violentes entre des bolides monstrueux. La Terre aurait acquis la dernière moitié de sa masse au cours de huit impacts successifs avec des objets de la taille de Mercure, puis de celle de Mars pour terminer. Les planètes atteindront leur taille définitive, comprise entre 2.500 et 150.000 km en cent millions d'années cependant que le bombardement météoritique se poursuivra pendant un bon demi-milliard d'années.
C'est de cette période que datent les nombreux cratères présents à la surface de la plupart des corps du système solaire. Les impacts géants expliquent le mode de formation de la Lune, l'origine de mercure, l'anomalie du sens de rotation de Vénus, le basculement d'Uranus sur son orbite. En un sens, les collisions primordiales n'ont réellement jamais cessé dans le système solaire : actuellement encore, elles continuent à un rythme réduit comme en a attesté le spectaculaire impact de la comète Shoemaker-Levy sur Jupiter au cours de l'été 1994.
Avantage majeur du scénario de la nébuleuse primitive : la géométrie initiale de disque aplati explique parfaitement la configuration actuelle du système solaire où les planètes circulent toutes dans un même plan avec un sens de rotation commun. La structure thermique de la nébuleuse rend également compte de la différence de composition entre les petites planètes rocheuses internes (Mercure, Vénus, Terre, Mars) et les géantes gazeuses externes (Saturne, Jupiter, Uranus, Neptune). Quant au milliers de milliards de comètes ou d'astéroïdes qui sillonnent les espaces interplanétaires contemporains, ils sont considérés comme autant de rescapés et de témoins du tumulte primordial.
La théorie a atteint un degré de raffinement rare. Après avoir été longtemps discutée et malmenée, elle règne aujourd'hui sans partage. Ce sont le philosophe Emmanuel Kant et le Savant Pierre-Simon de Laplace qui, les premiers, à la fin du XVIIIème siècle, ont émis l'hypothèse d'une nébuleuse primordiale en forme de disque aplati. La théorie s'est étoffée après la conclusion d'une vive controverse initiée il y a trente ans par le Soviétique Victor Safronov et l'Américain Alistair Cameron. On a ainsi appris en quoi la formation des étoiles se distinguait fondamentalement de celle des planètes : alors que les premières se condensent à partir de grandes nébuleuses gazeuses, les secondes se constituent par accumulation de petits corps solides. Autrement dit, les planètes ne sont pas de simples petites étoiles sombres : leur mode de formation est spécifique.
Enfin, dernier succès acquis depuis une quinzaine d'années seulement, la naissance du système solaire peut être simulée sur ordinateur. Spectaculaire résultat de ces images montrant des rondes planétaires surgir du chaos. A tous les coups, entre deux et cinq planètes se forment à moins de 500 millions de km du Soleil et en quelques dizaines de millions d'années. Bonne nouvelle, la Terre apparaît dans plus de 75% des cas. Autre confirmation apportée par ces calculs, dus à Georges Wetherill, de l'institution Carnegie de Washington : le processus de croissance des planètes s'achève systématiquement par une phase d'impacts catastrophiques de bolides de plusieurs milliers de kilomètres de diamètres.
Reste une énigme qu'il faudra résoudre dans l'avenir : les planètes géantes qui en l'état actuel des simulations refusent de croître rapidement. En attendant, les météorites primitives recueillies sur Terre offrent l'occasion d'étudier de véritables échantillons de la nébuleuse originelle, voire des grains de matière pré-solaire issues d'étoiles ancêtres de la nôtre. Cependant que dans la constellation d'Orion le télescope spatial Hubble a déniché plusieurs dizaines de gaz et de poussières sombres vus pour la première fois très nettement et sous des angles différents autour de jeunes étoiles en formation. L'idée de nébuleuse primordiale n'a jamais paru aussi proche de la réalité.
Les Origines de la Terre : Un Astre Chaotique devient la Planète Bleue
L'histoire de notre Terre commence en même temps que notre soleil : il y a 60 millions de siècles : 6,0 milliards d'années.
La Terre n'est encore qu'un planétoïde, un grumeau, évoluant dans un environnement contenant un grand nombre d'objets cosmiques originaires de l'explosion initiale et gravitant autour d'une jeune étoile en formation : le Soleil. Le système solaire ressemble alors à un immense champ de bataille où d'innombrables particules de poussières et de gaz s'entrechoquent. La Terre, ayant une masse un peu plus importante que les autres objets cosmiques environnants, va progressivement les attirer. Notre planète va alors, il y a 4,5 milliards d'années, subir une pluie intense d'objets cosmiques, de poussières, de cailloux, de pierres, d'astéroïdes et de planétoïdes -parfois même de la taille de la lune-, tout cela faisant augmenter la masse initiale de la Terre et faisant aussi augmenter son attraction, ce qui va créer, assez rapidement, un vide autour d'elle. En effet, au fur et à mesure que la masse de la Terre augmentait, le nombre des objets cosmiques dans son environnement immédiat diminuait jusqu'à ce qu'ils aient presque totalement disparu.
Les scientifiques ont calculé qu'il a fallu près de 100 millions d'années pour que le planétoïde de départ atteigne, par accrétion, la taille de la Terre telle que nous la connaissons.
Les impacts de tous ces objets cosmiques sur la surface de notre planète ont libéré des quantités considérables de chaleur ce qui a permis, sous l'effet de la gravitation au fer et au nickel de migrer vers le centre de la terre pour y constituer le noyau.
Cette chaleur plus qu'intense a fondu et même vaporisé la surface de la Terre jusqu'à une profondeur de plus de 400 km sans compter l'énergie dégagée par la désintégration progressive des éléments radioactifs emprisonnés dans les roches. On peut donc dire que la jeunesse de notre planète fut plutôt cataclysmique.
Et des millions d'années s'écoulent avec une terre en fusion constamment bombardée par des planétoïdes de plus en plus gros.
Et puis cela va se calmer et le temps passe, inexorablement...
La Terre n'est pas encore refroidie. Elle n'est encore qu'une immense boule de feu tourmentée par de violentes explosions, des fleuves de lave, des plaines en fusion. Des centaines de millions d'années s'écoulent. Lentement, très lentement, la température s'abaisse. La surface de la terre devient une espèce de meringue brûlante, disloquée par la fournaise qu'elle recouvre. On pourrait aussi la comparer à l'écume sucrée sur une confiture qui mijote... Dans un premier temps, cette couche est inlassablement détruite par d'amples mouvements convectifs de magma et par les projectiles célestes qui l'atteignent. Le paysage est alors apocalyptique. D'immenses volcans crachent des torrents de lave et des panaches gigantesques de gaz et de vapeur d'eau. Mais à mesure que la température s'abaisse, la couche superficielle durcit et résiste de mieux en mieux aux chocs. Elle constitue la partie supérieure du manteau. Nous voici rendus à 4,016 milliards d'années. Cette date nous est donnée par l'âge des météorites, 4.016.000.000 d'années est l'âge de la plus vieille roche terrestre datée. Comme le temps géologique est matérialisé par des roches, notre échelle réelle ne commence qu'à 4,016 milliards d'années.
On ne sait vraiment pas ce qu'il y avait avant 4,016 milliards d'années, puisque nous n'avons pas de véritables archives géologiques que sont les roches. Comme nous l'avons expliqué ci avant, on peut supposer que la croûte océanique était en formation, mais nous n'en avons pas de vestiges. Il est toujours possible qu'on retrouve un jour des roches plus vieilles que 4,016 milliards d'années et qu'on en apprenne alors plus sur cette période.
L'élément stable de la croûte terrestre, c'est la croûte continentale. Les plus vieilles croûtes océaniques datent d'au plus 170 millions d'années. Ce sont donc les continents qui vont nous fournir les principales archives nécessaires pour retracer l'histoire de la terre.
L'âge des plus vieilles roches terrestres a été établi à 4,016 milliards d'années par datation radiométrique. Il s'agit de gneiss trouvés en Alaska et de néphrites australiennes, des silicates proches du jade. Successivement comprimées fragmentées puis ressoudées, ces reliques témoignent des nombreux événements qui ont marqué l'histoire géologique de la croûte terrestre.
Les premiers noyaux de croûte continentale ont donné des âges radiométriques qui s'étendent entre -4,016 et -2,5 milliards d'années, soit correspondant à la période archéenne. Le planisphère qui suit montre la répartition actuelle de ces premiers noyaux continentaux. Ces premiers noyaux archéens se retrouvent au cœur des boucliers précambriens (plages vertes sur le planisphère) et occupent une surface bien inférieure à la surface actuelle des continents. Evidemment, c'est là leur répartition actuelle qui n'a rien à voir avec celle du Précambrien.
La période archéenne qui couvre en temps, un milliard et demi d'années, demeure la moins bien connue. Tout ce qu'on peut avancer, c'est que les premiers noyaux continentaux étaient en formation et que des océans ont occupé une partie de la surface terrestre à compter de 3,8 milliards d'années. On peut supposer aussi que cette nouvelle croûte terrestre était bombardée d'une pluie de météorites, une pluie beaucoup plus intense qu'aujourd'hui. L'étude de cette période archéenne constitue aujourd'hui un domaine très actif de la recherche en géologie et en géophysique.
Après l'établissement des premiers noyaux continentaux à l'Archéen, le volume de la croûte continentale a augmenté tout au long du Protérozoïque qui a une durée de près de 2 milliards d'années. À la fin du Protérozoïque, le volume des masses continentales avait, à toutes fins pratiques, atteint celui que nous connaissons aujourd'hui. Le bouclier précambrien qui forme l'ossature de l'Amérique du Nord est un bon exemple de croissance de la masse continentale de l'Archéen à la fin du Protérozoïque.
Premier ensemble (vert) roches les plus vieilles âges radiométriques entre -4,016 et -2,5 milliards d'années, donc datant de la période archéenne. La fameuse ceinture de roches vertes de l'Abitibi, riche en mines, fait partie de cet Archéen.
Second ensemble (jaune) roches d'âges radiométriques se situant entre -2 et -1,6 milliards d'années, donc appartenant au Protérozoïque inférieur. En plusieurs endroits, ce Protérozoïque inférieur recoupe l'Archéen.
Dernier morceau (rose), roches qui datent de -1,3 à -1 milliards d'années, soit du Protérozoïque supérieur ; on appelle cette bande la province géologique de Grenville. Il s'agit de roches métamorphiques, qui représentent les racines d'une haute chaîne de montagne aujourd'hui en grande partie érodée, une chaîne de montagnes qu'on estime avoir été aussi haute que l'Himalaya actuel.
Plusieurs chercheurs croient qu'à la fin du Protérozoïque, il y a environ 650 millions d'années, les masses continentales de la Planète étaient toutes rassemblées en un seul mégacontinent, une sorte de Pangée de l'époque, qui a été baptisée Rodina. Le schéma qui suit est une des reconstitutions proposées.
Revenons il y a 4,016 milliards d'années...
La formation du noyau provoque un profond remaniement de la matière terrestre, probablement à l'origine du dégazage du manteau. Les roches comprimées et chauffées laissent échapper les gaz lourds qu'elles contiennent. De la vapeur d'eau, du gaz carbonique, de l'ammoniac et du méthane s'échappent des failles et des volcans. Le mélange s'enrichit de gaz rares que contiennent les astéroïdes et les comètes qui s'écrasent sur la Terre.
La composition de l'atmosphère primitive prête encore à de vives discussions dans le milieu scientifique. Pour certains, elle était formée essentiellement d'Ammoniac (NH3), de Méthane (CH4), de gaz carbonique (CO2) et d'Eau (H2O). Mais actuellement la majorité des scientifiques pensent plutôt que cette composition était plus simple à base de CO2, d'azote moléculaire (N2) et sous forme de nitrites (NOx), d'un peu d'hydrogène moléculaire (H2) et de beaucoup de vapeur d'eau. En plus de ces gaz, il faut noter la présence importante d'hydrogène sulfuré (H2S), de formaldéhyde et de cyanure d'hydrogène (HCN). Autant dire que ça ne sentait pas la rose !
L'atmosphère prend la forme d'un nuage opaque où se déclarent des orages violents. La Terre se drape alors d'un épais brouillard zébré d'éclairs, agité par de violents mouvements cycloniques qui la rend semblables aux images que les sondes ont rapportées de la planète Vénus.
Cette atmosphère "infernale" n'est vraisemblablement pas la première dans laquelle a baigné la protoplanète. Il est probable que la Terre, dans les premières phases de sa naissance, ait capturé des bribes de la nébuleuse primitive. L'enveloppe originelle constituée d'hydrogène et d'un peu d'hélium aurait été très vite balayée par les vents solaires. La seconde atmosphère, générée par la Terre elle-même, a échappé au coup de balai solaire grâce au champ magnétique terrestre qui a fait office de bouclier. Cet écran, qui arrête les électrons et les protons émis par le Soleil, trouve son origine dans les courants électriques engendrés par les mouvements de la phase liquide du noyau.
Lors de la phase d'accrétion, la Terre en formation a attiré à elle tout ce qui se trouvait dans son environnement plus ou moins proche : poussières, petits cailloux, astéroïdes, planétésinaux et comètes. Ces dernières formées essentiellement de glace vont apporter à la Terre l'eau dont elle a besoin pour former les océans. Dans les comètes, il y a des éléments. Ce n’est pas encore du vivant. Il y a simplement des éléments qui ont participé à l’émergence de la vie sur Terre une fois que ces éléments sont tombés dans l’eau, ils se sont assemblés. Il faut que ces éléments s’assemblent dans l’eau, un peu comme des briques, qui s’assemblent mais ce n’est pas encore du vivant.
Cependant, dans l'état actuel des choses, l'eau ne peut pas encore exister à l'état liquide sur cette terre bouillante mais elle est toute dans le ciel en nuées énormes, mélangée à des quantités colossales de gaz carbonique et d'azote avec en plus des traces de gaz volcaniques comme le dioxyde de soufre, le sulfure d'hydrogène, l'hydrogène et le méthane. L'oxygène, élément primordial pour que la vie se développe est encore absent.
La température s'abaisse toujours, doucement, mais sûrement. Un jour, suite à une décharge électrique dans l'atmosphère, un phénomène inouï se produit : la première pluie. Elle tombe, tombe et tombe encore. Elle n'arrête pas de tomber. Les nuées se vident. Pendant 40 millions d'années, il n'arrête pas de pleuvoir. Les dépressions se remplissent, les océans se forment.
L'effet de serre, dû à la richesse en gaz carbonique (ou en méthane), maintient un climat très chaud mais aussi très stable sur une grande partie de la planète. Il compense également un soleil encore pâle et peu chaud (qui ne rayonne que 75% de son énergie actuelle).
L'absence d'oxygène gazeux, et donc d'ozone, permet l'agression des molécules de l'atmosphère et de la surface des océans par les rayonnements ultraviolets du soleil. Les pluies torrentielles ont eu d'autres effets que de remplir les mers et les océans, en effet l'érosion et le lessivage des sols ont apporté aux océans des quantités très importantes de molécules diverses pour former la "soupe nutritive". Les continents n'étaient alors recouverts que de sable et d'argile issus de l'érosion des roches primitives. D'autres sources d'enrichissement des océans sont le volcanisme sous-marin et l'hydrothermalisme (où l'eau qui s'est infiltré dans les profondeurs de la Terre, remonte chargée en minéraux sous l'effet de la chaleur). En raison de toutes ces substances dissoutes (dont beaucoup de fer, sous forme ferreuse Fe2+, de phosphate et d'H2S) l'eau devait être très acide, comme on peut le rencontrer actuellement pour certains lacs volcaniques. Sa température devait dépasser les 100°C (sans ébullition car la pression atmosphérique était plus forte qu'actuellement).
La terre est devenue la planète bleue et elle commence à ressembler à la terre des hommes mais à une différence près : elle est nue : pas un brin d'herbe, pas un animal : la suprématie du minéral. L'océan est lui aussi un désert : pas un poisson, pas une algue, rien. La terre est encore morte, pas de vie.
La Terre est encore "morte" mais cependant, c'est maintenant que tout va se décider... en effet, toutes les conditions à l'apparition de la vie sont-elles réunies ? La Terre va-t-elle rester indéfiniment sans vie ou cette dernière a-t-elle une chance de pouvoir apparaître ?
C'est la seconde alternative qui va être choisie car la Terre n'est ni trop près (trop chaud) ni trop loin (trop froid) du soleil, sa température de surface permet à l'eau de rester à l'état liquide, sa masse est maintenant assez importante pour retenir une atmosphère... la vie peut se préparer...
Une planète est née. Sa genèse a été menée à un train d'enfer : il ne lui aura fallu que quelques centaines de millions d'années pour être viable. La Terre ne deviendra pas pour autant inactive. Les continents s'apprêtent à entamer leur ballet. Le moteur qui les anime se met en marche. Mais ceci est déjà une autre histoire...
Il y a un peu plus de 4 milliards d'années, notre jeune planète s'est dotée d'une atmosphère et d'un océan. Terre en devenir, elle n'a pas pour autant la même morphologie qu'aujourd'hui. En particulier, elle ne possède pas encore de continents. Jusqu'à présent, les roches superficielles du manteau n'ont pu se différencier, probablement à cause d'une température de surface élevée, d'un feu nourri de météorites, d'une activité volcanique intense et d'un brassage vigoureux du manteau lui-même.
Deux cent millions d'années plus tard, la situation a changé. De la croûte continentale apparaît progressivement à la surface du globe. Des panaches de matière mantellique remontent des profondeurs et s'épanchent des volcans. La croûte qui tapisse le fond des océans est régulièrement engloutie par le manteau et contribue aussi à alimenter la croûte continentale par en dessous.
Il ne faut pas imaginer la formation de cette croûte continentale comme un événement brutal et spectaculaire, comme ce fut le cas lors du dégazage du manteau ou pour la formation des océans. Cette fois, la Terre a pris son temps. Les continents ont mis pour se former entre 2 et 4 milliards d'années. Autour des remontées de matières mantelliques se sont accumulés des sédiments, l'ensemble constituant des blocs stables appelés cratons. Nous venons de citer un nouveau terme : sédiments. Il faut savoir qu'à partir du moment où notre planète s'est dotée d'une atmosphère et d'un océan alimenté par des cours d'eaux, eux même alimentés par le cycle de l'eau (évaporation de l'eau océanique, formation des nuages, transport au-dessus des terres, condensation, pluie, ruissellement, formation des ruisseaux, rivières, fleuves et retour de l'eau dans l'océan), notre Terre a connu l'érosion qui use, lime, rabote et forme des résidus les sédiments.
Sur les cratons, des roches venues du manteau sont venues s'y greffer. Les continents ont ainsi grossi de manière concentrique jusqu'à atteindre leur volume actuel, il y a quelques 2 milliards d'années.
La croûte continentale est cette fois en place. Elle diffère très nettement de la croûte qui constitue le plancher marin. L'épaisseur de la première atteint 35 km alors que celle de la seconde avoisine les 6 km. La croûte océanique est formée de basalte. La croûte continentale se compose essentiellement de granites et flotte sur le manteau terrestre, plus dense.
Quittons provisoirement cette Terre fraîchement pourvue de continents. Un saut dans le présent nous est nécessaire pour tenter d'en reconstituer l'évolution. La structure actuelle de l'écorce terrestre est fragmentée en une dizaine de grandes plaques qui se déplacent les unes par rapport aux autres. Elles entraînent les continents dans leur mouvement à une vitesse qui varie de 1 à 10 cm par an. D'où le terme de dérive des continents qu'on attribue à ces infimes migrations. Ces plaques portent à la fois la croûte continentale et la croûte océanique.
Lorsque deux plaques entrent en collision, l'une plonge sous l'autre et réintègre le manteau. C'est le phénomène de subduction qui s'accompagne de secousses sismiques et d'un volcanisme actif. Les continents, de densité très inférieure à la croûte océanique, ne peuvent retourner dans le manteau. Le fond des océans, en revanche, est totalement recyclé en 200 millions d'années. Car la Terre garde une surface constante. Il apparaît autant de croûte océanique qu'il en disparaît. Son renouvellement permanent s'organise à la manière d'un tapis roulant : des matériaux venant des profondeurs du manteau s'épanchent le long de longues chaînes de montagnes sous-marines appelées dorsales, avant de refroidir. Cette croûte océanique toute fraîche s'écarte de part et d'autre de l'axe des dorsales et se déplace de quelques centimètres chaque année. Parvenue à hauteur des zones de subduction, elle plonge dans les fossés océaniques et réintègre le manteau.
La croûte continentale, en revanche, se recycle à un degré moindre. L'érosion lui arrache des matériaux qui se déposent au fond des océans. Ces sédiments sont alors entraînés par les planchers marins et avalés par subduction à l'aplomb d'une croûte continentale. Une partie d'entre eux réintègrent cette même croûte. Les continents sont également alimentés par les panaches de magma venus du manteau, injectés directement sous le continent ou crachés par les volcans.
Personne ne sait depuis quand fonctionne cette géodynamique. D'aucuns supputent qu'elle s'est mise en place à peu près en même temps que s'achevaient les continents, il y a 2 milliards d'années. L'hypothèse s'appuie notamment sur la découverte de cicatrices très anciennes qui ressemblent à celles laissées par les soudures de deux blocs continentaux entrés en collision. Ce dont on est sûr, c'est que le modèle de la tectonique des plaques fonctionnait au début de l'ère secondaire, il y a 245 millions d'années. A cette époque, un seul continent appelé Pangée regroupait toutes les terres émergées. Ce supercontinent se disloqua progressivement scindé par une mer Téthys, du nom de la déesse grecque de la mer. Cette rupture conduisit à la formation des continents actuels. Un bloc septentrional, la Laurasie se divisa ensuite pour devenir l'Amérique du Nord, l'Europe et l'Asie. Le bloc méridional ou Gondwana, se fragmenta en morceaux qui deviendront l'Amérique du Sud, l'Afrique, L'Arabie, l'Inde, L'Australie et l'Antarctique. Ces régions du monde entreprirent une migration qui les conduisit à adopter, il y a 60 millions d'années, une configuration voisine de celle d'aujourd'hui. Le ballet des continents se poursuit toujours.
Mais nous verrons cela en détails plus loin...
Quel est le moteur de ce processus géodynamique ? Quelle est l'origine des mouvements permanents qui animent la surface de la Terre ?
La réponse se trouve dans le manteau et dans le noyau de notre planète. Une partie de l'énergie nécessaire au système provient des éléments radioactifs contenus dans le manteau. La désintégration du Potassium 40, du thorium 232, de l'uranium 235 et 238 dégagent des quantités importantes de chaleur qui chauffent le manteau profond. Compte tenu de la disparition progressive des éléments radioactifs, on peut estimer que dans les premiers âges de la Terre, la quantité de chaleur devait être au moins 5 fois supérieure à ce qu'elle est aujourd'hui. A cette chaleur devait s'ajouter celle émise par le noyau. La cristallisation du noyau interne dégage de la chaleur latente qui se communique partiellement au manteau. Cette énergie thermique est venue rejoindre la chaleur initiale engendrée par l'accrétion de la Terre et la formation du noyau lui-même, et qui s'est accumulée à l'intérieur de la planète. Les différences de température ainsi créées au sein du manteau ont engendré des courants de convection à très grande échelle. Ce sont ces courants qui entraînent les plaques tectoniques. Si, comme beaucoup le pensent, les continents ont ouvert le bal il y a 2 milliards d'années, leur cadence devait alors être très forte...
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