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© ODILE JACOB, AVRIL 2021 15, RUE SOUFFLOT, 75005 PARIS www.odilejacob.fr ISBN : 978-2-7381-5472-9 Le code de la propriété intellectuelle n'autorisant, aux termes de l'article L. 122-5 et 3 a, d'une part, que les « copies ou reproductions strictement réservées à l'usage du copiste et non destinées à une utilisation collective » et, d'autre part, que les analyses et les courtes citations dans un but d'exemple et d'illustration, « toute représentation ou réproduction intégrale ou partielle faite sans le consentement de l'auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause est illicite » (art. L. 122-4). Cette représentation ou reproduction donc une contrefaçon sanctionnée par les articles L. 335-2 et suivants du Code de la propriété intellectuelle. Ce document numérique a été réalisé par Nord Compo. Avant-propos À la recherche des origines et des conditions d’apparition de la vie dans l’Univers Il me revient que deux choses me troublaient de manière récurrente quand je grandissais dans mon petit village de Bretagne, l’infinité du ciel étoilé les soirs d’été et l’océan, juste à côté, qui rythmait nos vies d’enfants. L’océan et sa violence, lorsque les tempêtes de l’Atlantique Nord viennent s’échouer sur ce pays aux falaises édentées. La douceur de sa lumière, les matins d’hiver, quant au collège, on nous demandait de remonter le chemin des douaniers, pour nous entraîner au cross d’hiver. Enfant, je détestais courir, mais je garde intact le souvenir de ces instants où, arrêté après quelques centaines de mètres, je demeurais interpellé par la tranquillité de cette vaste étendue d’eau qui se laisse découvrir juste après le sémaphore. Le sentier y atteint un des points culminants des falaises armoricaines et découvre alors une cascade de granit et d’avancées délimitant le côté ouest de la baie. Certains lundis matin, alors que tout le monde est reparti travailler, on peut y deviner des courants à fleur d’eau qui s’élancent et reviennent de l’horizon. On s’y arrête aussi à d’autres moments pour y sonder le temps qu’il fera pour les heures ou les jours à venir. L’océan avec ses odeurs et ses bruits d’été mais aussi ses dangers et ses pièges. Ces vertiges d’enfant les premières fois où mes parents m’amenèrent en bateau sur une coque de noix au lever du jour. Voir le jour se lever lorsque l’on est en mer est une expérience qui laisse des marques indélébiles. Cela vous y ramène par la suite de manière addictive, quels que soient les peurs et les dangers que vous y rencontrerez. Je pense à l’océan car c’est là qu’a germé l’idée de ce livre, là qu’il y trouve ses origines. Alors que je suis perdu dans son immensité, les quarts de nuit m’offrent des moments propices aux vagabondages astronomiques. Éloigné de la pollution lumineuse et sonore des villes, on peut alors y toucher la profondeur du ciel étoilé. Par temps calme et en bonne compagnie, on s’y perd souvent à essayer d’y donner un sens, enivré par le temps qui s’y écoule autrement. Ce livre est tissé des échos de ces vagabondages. À l’image de celui que je partageais avec mon ami Michel à bord du Tomby traversant le golfe de Gascogne, inconscient qu’une des plus grosses tempêtes que j’ai eu à affronter nous attendait à quelques dizaines de milles de La Corogne. À l’image également des nombreux échanges avec l’équipe de Tara aussi, à l’occasion d’une traversée mémorable du Pacifique sous l’égide de son capitaine Yohann, périple au cours duquel il m’a été donné de fêter le plus bel anniversaire dont on puisse rêver. Le lecteur ne trouvera pas là un traité scientifique et précis. Un tel ouvrage ne pourrait d’ailleurs jamais voir le jour, tant le sujet est vaste et transverse à de nombreuses disciplines, tant il touche également à ce qu’il y a en nous de plus personnel et joue du regard que chacun de nous porte sur cette grande énigme qu’est la vie sur Terre. S’éloignant volontairement de la rigueur scientifique, ce texte cherche plus modestement, et sur le ton de la discussion, à poursuivre ces errances nocturnes en esquissant les découvertes de ces dernières décennies. Celles-ci ouvrent des perspectives nouvelles sur l’histoire de la Terre et du système solaire, telles que la découverte, il y a un peu plus de vingt ans, de planètes orbitant autour d’étoiles autres que le Soleil nous permet aujourd’hui de l’appréhender. Alors que les données s’accumulent sur plus de quatre mille mondes distants répertoriés à ce jour, nous réécrivons aujourd’hui l’histoire de notre propre système solaire. La question des origines de la vie sur Terre et, plus largement, celle des conditions permettant à la vie d’émerger sur une planète ne sont plus cantonnées au seul domaine spéculatif. Elles reviennent à grands pas au premier plan des intérêts de la science la plus fondamentale. Cette révolution en marche est d’autant plus spectaculaire qu’elle est alimentée depuis plusieurs horizons scientifiques. Après soixante ans d’exploration du système solaire, notre maigre récolte de conditions favorables à l’émergence de la vie nous amène à repenser la place particulière de ce qui se déroule sur Terre. La biologie, la biochimie et la paléontologie ne sont pas en reste avec le décodage génétique du vivant, plusieurs découvertes inattendues sur les formes de vie peuplant la jeune Terre et une meilleure compréhension du vivant à l’échelle moléculaire. C’est donc le récit d’une tout autre histoire de la vie sur Terre qui est en train de voir le jour. Portée par ces nouveaux élans, la recherche de la vie extraterrestre prend, elle aussi, un essor nouveau. La possibilité de découvrir la vie en dehors du système solaire est en train de devenir réalité mais sous une forme différente de celle généralement imaginée par le grand public. On ne parle pas – ou plus – de vie extraterrestre complexe, ni des formes que celle-ci pourrait prendre. Ce questionnement, alimenté par cinquante années d’œuvres de science-fiction dans lesquelles notre imaginaire a eu tout loisir de déployer ses intuitions à grand renfort d’effets spéciaux, diverge désormais de la réalité scientifique. Celle-ci investit massivement, pour le découvrir, un sixième océan, matrice de conditions similaires à celles ayant existé sur Terre. Ce livre s’attache à parcourir les soixante dernières années de découvertes scientifiques, plus spectaculaires les unes que les autres, qui nous ont fait passer de l’écoute des étoiles à la recherche des signes d’existence d’une civilisation plus sophistiquée et, pour certains, moins décevante que la nôtre, à simplement imaginer d’autres océans, et même un seul, sur les vagues duquel nos esprits aventuriers pourraient se déployer. CHAPITRE 1 Une perspective sur la cosmologie grecque et le modèle géocentrique Pour mieux appréhender la révolution intellectuelle qui se déroule autour de la découverte des planètes extrasolaires, il est bon de commencer par se remémorer ce que nos prédécesseurs, les Grecs de l’Antiquité, pensaient sur le sujet et de parcourir rapidement les grandes avancées qui se sont déroulées jusqu’à la Renaissance et ont posé les bases de la représentation moderne du système solaire. Cette mise en perspective n’est pas seulement nécessaire parce que le mot « planète » est un mot d’origine grecque, mais aussi parce qu’il illustre la naissance de la science moderne, les bases de la démarche scientifique, de ses limites, et des précautions nécessaires à prendre lorsque l’on s’engage sur un sujet aussi complexe que celui que nous nous apprêtons à aborder dans ce livre : l’origine de la vie sur Terre et la possibilité de détecter de la vie au-delà de celle-ci. Cette histoire, déjà largement documentée et commentée, commence donc sur les bords de la Méditerranée avec une poignée d’intellectuels en sandales et en toges, lauriers dans les cheveux, qui débattaient sur diverses préoccupations de l’homme et qui ignoraient qu’ils posaient là déjà les premiers jalons de ce qu’on appellerait plus tard la modernité. Que la pertinence de ces réflexions à l’ombre des oliviers nous parle toujours aujourd’hui doit nous rappeler à une certaine humilité car, malgré les milliers d’années qui nous séparent, ces hommes n’ont rien à nous envier du point de vue des accomplissements intellectuels dont ils étaient capables. Il est bon de rappeler ce constat simple aux modernes que nous sommes, qui poursuivent aujourd’hui, comme jadis les Grecs, le patient effort d’interpréter le ciel. Les Grecs ont développé une représentation de l’Univers avec les mêmes moyens intellectuels que ceux qui sont aujourd’hui les nôtres. Ils ont surtout élaboré – et nous ne faisons aujourd’hui que poursuivre sur cette lancée –, un extraordinaire monument intellectuel décrivant l’Univers à partir de l’ensemble des observations disponibles à l’astronome grec. De Pythagore à Ptolémée, et en passant par Aristote, les Grecs ont proposé une vision du système solaire assez poussée, complétée par quelques prouesses de mathématiques et de géométrie. Nul besoin de rappeler que ces deux sciences étaient en plein essor dans la Grèce antique. Toute la puissance prédictive de ces outils, qui allait transformer notre pensée pour les deux millénaires à venir, commençait à peine à être domptée. Dans cette représentation du monde, sept astres remarquables étaient identifiés dans le ciel. Le Soleil qui se lève chaque jour à l’est et se couche à l’ouest, la Lune un peu moins brillante qui montre toujours la même face sous un éclairage qui varie de manière graduelle, et cinq astres vagabonds. Ces astres « vagabonds », appelés « planètes » en grec, ont un éclat qui diffère des autres étoiles du ciel et, surtout, un mouvement apparent distinct de celui des autres points scintillants du ciel. L’astronome grec a donc développé une représentation de l’Univers, c’est-à-dire une cosmologie, à partir des observations disponibles. Neptune, Uranus, Pluton comme les autres petits corps du système solaire n’étaient alors pas accessibles à l’observation. Même si vous n’êtes pas parmi les spectateurs attentifs du ciel, plusieurs de ces planètes vous sont probablement déjà familières car quatre d’entre elles sont plus brillantes que la plus brillante des étoiles, Sirius. Comme la Lune et le Soleil, elles se déplacent approximativement le long d’un demi-cercle joignant dans le ciel le point à l’est qui voit le Soleil et la Lune se lever à celui, à l’ouest, où ils se couchent. Les planètes se déplacent dans le même plan autour du Soleil. Vues de la Terre, elles semblent suivre ce même demi-cercle que le Soleil et la Lune que nous appelons l’écliptique. Vénus est, après le Soleil et la Lune, l’objet le plus brillant du ciel. Suivant sa configuration, elle reste visible, même si vous habitez en ville, quelques heures avant le lever ou après le coucher du Soleil. Comme Vénus est située entre la Terre et le Soleil, elle ne demeure pas visible tout au long de la nuit et suit ou précède le Soleil de quelques heures. Mercure est encore plus proche du Soleil. Lorsque la configuration est optimale, on peut l’apercevoir au lever et au coucher du jour, dans la zone de transition entre le jour et la nuit. Il est assez fréquent de voir de belles conjonctions où les deux astres sont visibles juste après le coucher de Soleil. Vénus illumine alors le ciel dans la partie la plus obscure tandis que Mercure apparaît dans le dégradé de jaune et rouge du Soleil couchant. Les trois planètes externes, Mars, Jupiter et Saturne, sont moins brillantes que Vénus mais ont un éclat tout aussi distinctif et ne scintillant quasiment pas, contrairement aux étoiles situées bien plus loin et dont la luminosité est, elle, perturbée par le mouvement des couches d’air atmosphériques. Si vous apercevez des objets brillants dans le ciel, et proches du demi-cercle imaginaire que représente l’écliptique, il y a de très fortes chances que cela soit l’une de ces planètes. Notez que cela n’est plus réservé aux initiés, aux patients ou aux chanceux. En cas de doute, d’échec, ou même en restant dans votre salon et sans accès au ciel, vous pouvez utiliser l’une des nombreuses applications sur téléphone et tablette, qui vous donnent la position des différentes planètes et constellations en pointant simplement votre appareil vers le ciel. Forte de ces mêmes observations, la représentation aristotélicienne et pythagoricienne plaçait donc tout naturellement la Terre au centre de ce ballet cosmique. La Lune se situe sur le premier cercle concentrique de ce système géocentrique, suivie par Mercure et Vénus positionnées dans cet ordre et chacune sur un cercle de rayon différent. Le Soleil occupe le quatrième cercle, tandis que Mars, Jupiter et Saturne se placent respectivement sur les cinquième, sixième et septième cercles. Le reste des étoiles est représenté comme fixé sur une sphère englobant l’ensemble : la sphère céleste. Débarrassons-nous un moment de nos préjugés éclairés sur une telle représentation de l’Univers, cette cosmologie grecque, pour en apprécier les mérites et percevoir la profondeur de la réflexion qui la sous-tend. Il s’agit, en effet, de la première représentation scientifique aboutie du système solaire. Elle se nourrit d’observations approfondies sur la durée du mouvement de ces sept astres sous la forme d’éphémérides, c’est-à-dire de tables numériques, dont on retrouve les traces dans la civilisation mésopotamienne. Elle les théorise de manière mathématique à l’aide de trajectoires suivant des cercles concentriques, ce qui aboutit ainsi à des prédictions sur leurs positions futures. Ces dernières pouvaient alors être facilement comparées aux observations attenantes. Ce cercle vertueux est toujours celui à l’œuvre aujourd’hui lorsque l’on établit une théorie scientifique : observations, théorisation et, bien sûr, prédictions. Cela reste le but ultime de l’exercice et lui donne tout son pouvoir de conviction, toute son aura sociétale : il permet d’entrapercevoir l’avenir. Après près de huit siècles de développement, qui s’étendent de Pythagore au VIe siècle avant notre ère et s’achèvent avec les derniers ajustements de Ptolémée au IIe siècle de notre ère à Alexandrie, la fragilité du modèle grec est en fait assez surprenante et complète, si l’on considère les mesures sur le mouvement des planètes disponibles à cette époque. Ce premier modèle cosmologique permet ainsi de prédire les saisons, grâce à la rotation de la sphère céleste, le cycle lunaire puisque le ballet de la Lune sur le premier cercle et celui du Soleil sur le quatrième donnent une bonne représentation de ces jeux d’ombres connus de tous. On y comprend ainsi de manière approximative, avec quelques tracés et un peu de géométrie, les éclipses lunaires et solaires provenant des positions alternatives de non plus de deux mais de trois corps dont l’un est au centre et les deux autres sur des cercles concentriques. Ce système est ancré dans la vision aristotélicienne du monde, où le cercle représente la forme parfaite, où le monde « sublunaire », compris entre la Terre et la Lune, est le lieu de la corruption et de l’imperfection, tandis qu’au- delà, dans l’espace « supralunaire », on va vers un monde d’êtres célestes de nature différente et animés de mouvements parfaits. On remarque sans surprise que le dogme judéo-chrétien, élaboré au premier millénaire de notre ère, s’est construit suivant cette même cosmologie, avec le chaos régnant sur Terre tandis que le parfait et l’éternel sont atteints dans les cieux. Pour ce qui concerne le mouvement des planètes internes, Mercure et Vénus, et externes, Mars, Jupiter et Saturne, il faut attendre les derniers ajustements de Ptolémée au IIe siècle de notre ère pour obtenir un modèle entièrement prédictif pour les sept astres. Ptolémée corrige deux défauts majeurs du modèle d’Aristote. En plaçant la Terre au centre de l’Univers, et les sept autres astres évoluant sur des cercles parfaits, Aristote et ses disciples ne pouvaient expliquer ni le mouvement rétrograde des planètes qui suivent des trajectoires quasi circulaires dans le ciel mais apparaissent comme rebroussant chemin à intervalles réguliers, ni la variation de luminosité des planètes visibles à l’œil nu sur des temps d’observation longs qui s’étalent sur plusieurs années. Alors que ces deux anomalies sont des pistes qui mèneront par la suite à une représentation du système où le Soleil est au centre du système planétaire, Ptolémée trouve une parade mathématique assez astucieuse permettant de sauver le modèle d’Aristote dans une vision du cosmos où l’ordre, c’est-à-dire le cercle parfait, n’est atteint que sur la sphère céleste. Tout en préservant la vision géocentrique de l’Univers chère à Platon, à Pythagore et à Aristote, Ptolémée place les planètes sur des épicycles, c’est-à-dire sur des cercles plus petits dont les centres suivent les trajectoires circulaires d’Aristote centrées sur la Terre. Ce raffinement géométrique est remarquable, puisqu’il permet de reproduire de manière assez précise le mouvement de l’ensemble des astres en ajustant la taille des différents cercles et des combinaisons de cercles composant leur orbite. Cette complexité mathématique supplémentaire lança le modèle de Ptolémée, et de manière plus large, la cosmologie grecque sur une trajectoire irréversible de domination intellectuelle pour les dix siècles qui suivirent. Au crépuscule du monde grec, ce modèle, très abouti, aurait pu néanmoins être remis en question. Aristarque de Samos, qui s’appuyait sur des arguments géométriques pour expliquer les éclipses lunaires, s’aperçut que, pour que son modèle soit cohérent, le Soleil devait être beaucoup plus gros que la Terre. Cette simple constatation l’amena à placer le Soleil au centre du système solaire et à remettre ainsi en cause le modèle de Ptolémée. La perte d’influence du monde grec combinée à l’emprise croissante de la théologie sur le monde occidental figea notre représentation de l’Univers en imposant le modèle aristotélicien perfectionné par Ptolémée. On oublie trop souvent de rappeler que c’est aussi la puissance intuitive de ce modèle qui a tout autant contribué à son succès face au modèle héliocentrique, mentionné de manière épisodique durant le premier millénaire avant notre ère. Le modèle géocentrique est très fortement lié à notre expérience quotidienne où ni la rotation de la Terre sur elle-même ni son mouvement autour du Soleil ne sont ressentis. La donnée observationnelle élémentaire est donc que nous sommes bien immobiles. Parachevé par Ptolémée, il est ensuite prédictif et en résonance avec notre perception de l’Univers si l’on considère l’ensemble des données observationnelles disponibles de l’époque grecque à la Renaissance qui se résument au mouvement des sept astres connus à cette époque. Le modèle grec se fonde aussi sur l’idée, chère aux philosophes de cette époque, qu’il existe une harmonie dans l’Univers qui nous entoure, et