La Lettre du Lundi

La période estivale est propice à la prise de recul dans la réflexion, en attendant une rentrée politique qui sera, sans nul doute, particulièrement chargée.

Dans cette optique, François Roddier, astrophysicien, auteur de Le pain, le levain et les gènes, un essai sur l’évolution, Parole éditions, 2009, a accepté de rédiger pour La Lettre du Lundi une série de trois articles qui explorent les rapports entre physique - et notamment thermodynamique - et évolution des civilisations. Une hauteur de vue bien nécessaire, afin d’éviter que l’accessoire ne l’emporte sur l’essentiel.

Le premier billet est publié cette semaine, les deux suivants paraîtront le 5 juillet et le 12 juillet.

Des scientifiques s’inquiètent

Au cours du Moyen Âge et jusqu’à la Révolution française, la population mondiale a augmenté progressivement. Il lui a fallu dix siècles pour tripler. En moins d’un siècle, de 1940 à aujourd’hui, elle a de nouveau triplé. On doit cette explosion démographique à un progrès scientifique et technique sans précédent qui a permis à la production agricole de s’accroître dans les mêmes proportions. Les ressources de la planète étant finies, la croissance actuelle ne saurait se prolonger indéfiniment. Que va-t-il se passer ?

Les démographes constatent que la population des pays développés s’est stabilisée. Celle des pays sous-développés va suivre la même évolution : c’est ce que l’on appelle la « transition démographique ».

Pour les économistes, la croissance économique doit être maintenue à tout prix grâce à un progrès permanent. Cependant, l’accroissement de la production n’a été possible que grâce à l’utilisation de sources d’énergies non renouvelables, notamment le pétrole. Celui-ci va peu à peu s’épuiser ainsi que nos autres sources de matières premières comme les métaux. L’étendue des terres cultivables ne cesse de diminuer. L’eau, l’air, la terre sont de plus en plus pollués, la couche d’ozone est en danger, le climat se réchauffe. Sera-t-on encore longtemps capable d’alimenter tout le monde ?

L’espèce humaine n’est pas la première à modifier son environnement. Lorsque la Terre s’est formée, l’atmosphère terrestre ne contenait pas d’oxygène. Il y a deux milliards d’années, la Terre était envahie de bactéries. Celles-ci ont rempli son atmosphère d’oxygène, un poison pour elles. De nouvelles bactéries dites aérobies les ont remplacées. Plus récemment, il y a seulement 65 millions d’années, les dinosaures envahissaient la Terre. Ils ont disparu pour laisser la place à de nouvelles espèces, dont des mammifères qui ont donné naissance à notre propre espèce. De nos jours, c’est l’espèce humaine qui a envahi la Terre. Va-t-elle, à son tour, disparaître pour laisser la place à de nouvelles espèces ?

Les scientifiques de ma génération s’interrogent, notamment ceux qui ont, comme moi, travaillé dans le domaine des sciences de l’Univers. Dans leur ouvrage commun, Roger-Maurice Bonnet et Lodewyk Wolter^[i] posent la question : notre espèce peut-elle encore survivre mille siècles ? Certains sont très pessimistes. Dans son Introduction au siècle des menaces, Jacques Blamont^[ii] analyse en détail les raisons pour lesquelles, selon lui, l’humanité ne pourra échapper aux conflits armés, aux épidémies et aux famines.

Il y a 50 ans, nous nous lancions avec enthousiasme dans la recherche spatiale. En améliorant notre connaissance de l’Univers, nos travaux devaient conduire l’humanité vers un monde meilleur. Qu’en est-il advenu aujourd’hui ? Dans les sociétés avancées, les inégalités sociales ne cessent de s’accroître et le chômage perdure. Dans le monde, un milliard d’individus souffrent de la faim et l’espoir d’améliorer leur sort s’amenuise chaque jour. Faut-il arrêter tout progrès scientifique et technique ?

Dans son livre L’engrenage de la technique. Essai sur une menace planétaire, André Lebeau^[iii] analyse la véritable nature du progrès. Il montre qu’il s’agit d’un processus biologique général dans lequel l’énergie et l’information jouent un rôle fondamental, un prolongement de l’évolution darwinienne auquel l’homme n’échappe pas. Cependant le lecteur reste sur sa faim. L’espèce humaine saura-t-elle réagir aux défis que lui pose la nature ? Pendant combien de temps encore ? Finira-t-elle par disparaître comme beaucoup d’autres espèces avant elle ?

Des progrès scientifiques récents nous permettent aujourd’hui d’apporter à ces questions quelques éléments de réponse.


Qu’est-ce que l’évolution ?

L’explosion démographique du monde moderne a débuté au XVIII^e siècle avec l’alphabétisation de la population. C’est le siècle des Lumières. Le besoin se fait sentir de rassembler par écrit toutes les connaissances humaines. Apparaissent l’encyclopédie de Diderot, l’Histoire naturelle de Buffon.

Jusque là le monde qui nous entoure avait paru immuable de générations en générations. Buffon relate avec surprise les nombreux témoignages attestant la présence de coquillages au sommet des montagnes. Le relief aurait-il évolué ? Les découvertes s’accumulent de squelettes fossiles prouvant l’existence antérieure d’animaux maintenant disparus.

Au début du XIX^e siècle, le français Lamarck y voit la preuve d’une évolution continue des espèces, allant des organismes les plus simples aux plus complexes, pour atteindre la « perfection » chez l’homme. Moins d’un demi-siècle plus tard, Darwin propose un mécanisme pour expliquer cette évolution : la sélection naturelle.

Au début du XX^e siècle, Einstein développe sa théorie de la relativité générale. Il établit une équation générale reliant la courbure de l’espace à la densité de matière. Pour Einstein, l’Univers est nécessairement statique. Pour qu’il en soit ainsi, il ajoute une constante à son équation, appelée « constante cosmologique ». On s’apercevra ensuite que la solution de cette équation est instable. Dix ans plus tard, l’astronome Hubble découvre que l’Univers est en expansion. Les galaxies s’éloignent de nous à une vitesse proportionnelle à leur distance. Cette découverte conduira à la théorie du Big Bang. Einstein qualifie alors son idée d’univers statique comme étant la plus grosse bourde de sa vie.

Ainsi nous vivons dans un Univers en constante évolution. La question se pose de savoir s’il existe une loi générale de l’évolution. Dans un Univers où tout change constamment, peut-on trouver un fil conducteur qui nous permettrait de savoir où l’on va ? Peut-être serait-on alors en mesure de répondre à la question « Où va l’humanité ? ».

L’évolution est un processus thermodynamique

Pour trouver une réponse mathématique à cette question, le réflexe d’un physicien est de chercher un « invariant », c’est-à-dire une grandeur mesurable qui reste inchangée au cours de l’évolution. Un tel invariant existe : il porte le nom d’énergie. Dans tous les cours de physique élémentaire, on apprend que l’énergie se conserve. Le concept d’énergie est très abstrait. Avec le progrès scientifique et technique, il est cependant devenu une notion courante. C’est ce que nous payons dans nos notes de gaz ou d’électricité.

On appelle énergie tout ce qui permet d’obtenir du travail mécanique, c’est-à-dire une force dont le point d’application se déplace. Le travail obtenu est le produit de la force par le déplacement. Pour soulever un poids d’une certaine hauteur il faut toujours déployer la même énergie. On peut diviser la force appliquée grâce à un palan, un levier ou un plan incliné. Mais il faudra alors multiplier le déplacement d’autant. Dans tous les cas, le produit des deux, c’est-à-dire le travail mécanique, restera le même. On a là un exemple élémentaire de conservation de l’énergie.

Un moteur électrique peut fournir l’énergie nécessaire. Il convertit l’énergie électrique en énergie mécanique. Si le moteur est alimenté par une batterie, celle-ci convertit de l’énergie chimique en énergie électrique. Dans la mesure où ces transformations sont réversibles, l’énergie n’est pas perdue. Le poids, en redescendant, peut faire tourner une dynamo qui convertira le travail mécanique en énergie électrique. Celle-ci pourra à son tour recharger la batterie.

Lorsqu’on fait passer un liquide d’un récipient à un autre, on en perd toujours un peu. Il en est de même lorsqu’on fait passer de l’énergie d’une forme à une autre. Le liquide manquant n’est pas vraiment perdu. Il a simplement été malencontreusement dispersé. De même l’énergie manquante n’est pas perdue. On dit qu’elle a été « dissipée » sous forme de chaleur.

La chaleur est une forme d’énergie difficile à récupérer sous forme de travail mécanique. On ne peut le faire qu’en présence d’une différence de température. On n’en récupère qu’une fraction proportionnelle à cette différence de température, fraction appelée « rendement de Carnot », du nom du physicien français qui, en 1824, établit les bases de ce qui était alors une nouvelle science, la thermodynamique. Dans l’article qui suit (parution le 5 juillet), je montre que la thermodynamique est la clé qui permet de comprendre l’évolution.


François Roddier, © 2010 pour La Lettre du Lundi

^[i] Roger-Maurice Bonnet et Lodewyk Woltjer, Surviving 1,000 centuries: can we do it? Springer-Praxis, 2008. Roger-Maurice Bonnet a été directeur scientifique à l’Agence spatiale européenne (ESA). Lodewyk Woltjer a été directeur de l’Observatoire européen austral.

^[ii] Jacques Blamont, Introduction au siècle des menaces, Odile Jacob, 2004. Jacques Blamont est le principal initiateur de la recherche spatiale française et européenne. Du même auteur, voir aussi Jacques Arnould et Jacques Blamont, Lève-toi et marche : Propositions pour un futur de l’humanité, Odile Jacob, 2009.

^[iii] André Lebeau, L’engrenage de la technique, Gallimard, 2005. André Lebeau a occupé de hautes fonctions administratives au Centre national de la recherche spatiale (CNES) et à l’Agence spatiale européenne (ESA). Il a été directeur de Météo-France. Du même auteur, voir aussi André Lebeau, L’enfermement planétaire, Gallimard, 2008.