La matière, inerte pendant 15 milliards d’années, est devenue vivante vers 4 milliards d’années, se compliquant et s’organisant de plus en plus jusqu’à devenir pensante.

Notre histoire a 4 milliards d’années pendant lesquelles la vie, à l’origine unique, s’est étonnamment diversifiée, entraînant un nombre considérable d’êtres vivants, tous construits sur le même modèle moléculaire, aux formes très variées, de plus en plus complexes, de mieux en mieux organisées.

Après les êtres unicellulaires qui vivent dans l’eau, viennent les pluricellulaires qui sortent de l’élément liquide. Se fixent des plantes, s’égayent des insectes, apparaissent aussi les premiers vertébrés : des amphibiens comme les grenouilles, puis des reptiles, des sauriens comme les lézards, des dinosaures et toutes sortes de mammifères.

Les continents dérivent, s’éloignent ou se rapprochent ; plus tard, ils se soudent en d’immenses territoires entraînant de considérables changements de température et de climat. La position de la Terre sur son axe et son orbite comme les événements climatiques du Soleil suscitent des bouleversements de l’environnement terrestre qui provoquent la disparition de nombreuses espèces. 

Les survivants s’adaptent, évoluent, constituant un immense arbre généalogique aux innombrables rameaux : des bactéries aux virus, des végétaux aux animaux, tous les êtres vivants sont parents. […]

Tout être vivant n’est en équilibre que dans un milieu : si celui-ci change, il se déstabilise et doit conquérir un nouvel équilibre ; cette évolution va le transformer : il acquiert peu à peu une autre forme, mieux adaptée au changement subi. Cette transformation participe aux divisions, aux ramifications de l’arbre généalogique dont nous faisons tous partie.

Yves Coppens Avant-propos de Nos ancêtres. L’Histoire des singes Odile Jacob 2009

vers 13.78 milliards[1] BIG BANG

L’Univers, jusqu’alors très chaud et très concentré, entre en expansion, ne cessant dès lors de se dilater et de se refroidir. L’univers primordial était un gaz formé de particules et d’antiparticules animées de mouvements désordonnés à des vitesses proches de celle de la lumière. Au gré d’incessantes collisions, certaines particules s’annihilèrent tandis que d’autres apparurent. Protons et neutrons commencèrent à se combiner une seconde après le Big Bang. Dans les minutes suivantes, une intense activité nucléaire permit la formation de noyaux atomiques légers, principalement d’hydrogène et d’hélium. Cette étape dura moins d’un quart d’heure.

À ces premières minutes exceptionnellement mouvementées succéda une longue période tranquille, fréquemment nommée les temps obscurs, car les étoiles n’étaient pas encore allumées. Ce n’est que 300 000 à 400 000 ans plus tard, lorsque la température s’abaissa au-dessous de 3000 kelvin, que le rayonnement put enfin se propager librement. Les premières galaxies se seraient formées un milliard d’années environ après le Big Bang.

Le Petit Larousse 2005

La chose la plus incompréhensible concernant l’Univers est qu’il est compréhensible… et qu’il ruisselle d’intelligence.

Albert Einstein

L’histoire de l’Univers peut se lire comme le récit de la métamorphose de l’inimaginable chaos des temps anciens en l’état formidablement associé des structures contemporaines. […]

Avant la première seconde de l’histoire du cosmos, une succession de transition de phases, accompagnées de pertes de symétrie, ont octroyé aux particules et aux forces les propriétés que nous leur connaissons aujourd’hui.

Un épisode particulièrement important se situe à la température critique de 1028 degrés quand l’Univers a quelque 10-35 seconde d’âge. La force nucléaire se différencie alors des autres forces et prend progressivement sa puissante intensité. Cette différentiation dite de  grande unification, provoque une division des particules en deux classes : d’une part, les quarks, sensibles à la force nucléaire, d’autre part, les électrons et les neutrinos, qui lui sont insensibles.

Vers 1015, lors d’une nouvelle transition de phase, dite électrofaible, la force faible se distingue de la force électromagnétique. Les électrons, sensibles aux deux forces, se différencient alors des neutrinos, qui ne réagissent qu’à la force faible. Quant  à la force de gravité, sa différentiation remonte peut-être à l’époque de Planck. On ne sait pas bien.

Vers 1012 degrés, une troisième transition de phase associe les quarks, trois par trois, pour donner naissance aux nucléons (protons et neutrons). Au-dessus de cette température, les quarks nagent librement dans l’espace, comme les molécules dans l’eau liquide ; en dessous, ils sont assignés à demeure dans un nucléon comme les molécules dans la glace.

[…] Remontons une fois de plus jusqu’à la première seconde du cosmos. La température est de plusieurs dizaines de milliards de degrés. La matière cosmique se présente sous la forme d’une soupe de protons et de neutrons libres. Aucun noyau lourd n’existe encore. Quand la température atteint 10 milliards de degrés, une transformation majeure se produit appelée nucléosynthèse primordiale. Protons et neutrons se joignent [rencontres créatrices !] pour donner un début de variété nucléaire. Quatre noyaux se forment : de l’hydrogène lourd [deutérium], deux variétés d’hélium et une variété de lithium. Mais rien d’autre. La grande majorité des protons [75 %] n’est pas affectée. Ces particules demeurent comme dans un état de sursis  grâce auquel nous avons des étoiles d’hydrogène.

[…] Les protons survivants de la nucléosynthèse primordiale constituent le carburant des astres. Si tous les protons et neutrons primordiaux avaient  été transmutés en fer pendant cette première seconde du cosmos, la vie n’aurait jamais pu apparaître. […] L’hégémonie de la stabilité et son inséparable compagne, la monotonie, prévalent quand tout ce qui peut se passer a le temps de se passer. Dans un univers stationnaire, ces régimes s’imposeraient inévitablement. Même les réactions les plus extraordinairement lentes, les événements les plus fantastiquement improbables, se produiraient tôt ou tard. Les états d’équilibre auraient été depuis longtemps atteints et aucune variété n’existerait dans notre Univers. Les arabesques glacées de mes fenêtres illustrent le rôle des régimes de déséquilibre pendant l’évolution du cosmos. Comme l’eau déposée sur la fenêtre se refroidit trop vite pour s’étaler régulièrement sur la surface vitreuse, l’Univers se refroidit trop vite pour que l’hydrogène ait le temps de se transformer entièrement en fer.

Hubert Reeves. Oiseaux, merveilleux oiseaux. Seuil 1998

380 000 ans plus tard,

[…] Nulle étoile, nulle galaxie, pas le moindre caillou. La matière est chaude, à environ 3 000 ° et elle n’est faite que de particules microscopiques, des électrons et des protons qui, des millions d’années plus tard, s’assembleront en atomes lourds et en molécules.

Elle est même totalement opaque, car nul grain de lumière ou photon ne peut en sortir. Ceux-ci sautent d’électron en électron sans pouvoir s’extraire de la mélasse bouillonnante. Mais ces électrons jouent aussi avec les protons et finissent par se regrouper avec eux, privant les photons de leurs partenaires. La lumière jaillit. Les instruments du satellite Planck envoyé en 2009 à quelques 1.5 millions de kilomètres de la Terre, n’ont plus qu’à l’enregistrer.

C’est finalement comme s’approcher d’une boite de nuit bien insonorisée et d’ouvrir la porte : soudain un bruit assourdit les tympans. Reste à déduire de ce vacarme combien il y a de personnes, combien d’hommes et de femmes, ou l’heure qu’il est…

[…] L’Univers est composé de 4.8 % de la matière ordinaire que sont nos atomes, de 25.8 % de matière dite noire, invisible aux télescopes (et de nature encore inconnue), et de 69.4 % d’énergie noire, qui le pousse à grossir. Cet univers est également plat comme une gigantesque crêpe, alors que les estimations précédentes laissaient entrevoir la possibilité d’une légère courbure. Les chercheurs estiment aussi la vitesse avec laquelle les galaxies s’éloignent les unes des autres à quelque 66 kilomètres par seconde.

[…] Les analyses valident l’hypothèse qu’un phénomène incroyablement spectaculaire a bien eu lieu juste après le big bang et bien avant 380 000 ans : l’inflation.

Cette phase, encore floue, correspond à une fantastique dilatation de l’espace. Quelques milliardièmes de milliardièmes  de milliardièmes de seconde après le big bang (le chiffre précis n’est pas encore connu), l’Univers passe d’une tête d’épingle à sa taille presqu’actuelle. Les mots en fait ne suffisent pas à décrire l’événement, car l’expansion correspond en réalité à une multiplication des distances par 10²⁵, un 1 suivi de 25 zéros.

David Larousserie Le Monde du 22 mars 2013, à l’occasion des photos communiquées par le satellite Planck, d’un rayonnement de l’Univers 380 000 ans après le Big Bang.

Au cœur des étoiles géantes, des noyaux d’atomes d’hydrogène fusionnaient pour devenir des noyaux d’atomes d’hélium. Quand l’hydrogène disponible a été épuisé, les noyaux d’hélium ont fusionné pour donner du béryllium, lequel en fusionnant avec de l’hélium a constitué des noyaux d’atomes de carbone. Et ainsi de suite. Peu à peu des noyaux d’atomes de plus en plus lourds sont apparus : oxygène, souffre, calcium jusqu’au fer. Ces étoiles massives étaient instables. Elles ont explosé, générant de gigantesques nuages, les nébuleuses. Il y a 4.5 milliards d’années, l’une d’elles s’est condensé et a donné naissance à notre système solaire. Les noyaux d’atomes les plus légers ont formé le soleil et les planètes gazeuses. Les plus lourds ont formé les planètes telluriques, comme la Terre.

Ça m’intéresse n° 464 Octobre 2019

Vers le milieu des années 1970, l’Américaine Vera Rubin, qui étudie la vitesse des astres autour du centre de leur galaxie, constatera que les étoiles et le gaz périphériques de la galaxie vont bien trop vite par rapport aux prédictions théoriques. La loi de la gravitation, formulée par Isaac Newton, qui rend compte du mouvement des astres, implique que plus les étoiles sont distantes du centre, plus leur vitesse de rotation est faible. Celles que Vera Rubin observe vont si vite qu’elles devraient même quitter la galaxie ! Si elles ne le font pas, c’est donc qu’une matière invisible leur apporte un supplément de masse qui les retient, assurant ainsi leur cohésion. Une masse invisible que l’on doit théoriquement retrouver autour d’elles, dans le halo galactique. L’énigme de la matière noire venait de naître ! […] Tout ce qui émet de la lumière, c’est-à-dire tout ce que les télescopes et lunettes peuvent déceler – les étoiles, galaxies, amas et superamas -, qui peuplent l’espace, ne représentent que 5 % de la matière existante dans l’Univers. Sous quelle forme se trouvent les 95 % restants, répartis en 25 % d’une énigmatique matière noire et 68 %  d’énergie noire  qui dilaterait de plus en plus l’espace. Comment s’y prendre pour les détecter ?

Si la Lune ne tombe pas sur la Terre, c’est parce que la vitesse de sa rotation lui procure une force centrifuge qui contrecarre exactement la force de gravité exercée par notre planète. Forts de cette loi, les scientifiques parvienneent à calculer la masse de la Terre à partir de la vitesse de rotation de la Lune. Ce raisonnement est applicable à tout objet gravitant autour d’un autre, notamment aux étoiles prises dans le filet gravitationnel des centres galactiques, sujets des observations de Vera Rubin. Or la masse que la chercheuse comptabilisait dans chaque galaxie par cette déduction ne suffisait pas à rendre compte de la vitesse de rotation de ces étoiles : cette dernière était plus élevée que ne le prévoyait la théorie. Dit autrement, si seule la masse des étoiles influait, les galaxies devraient irrémédiablement se déliter, et les étoiles s’échapper pour se perdre dans l’infinité de l’espace intergalactique. Ainsi, les mesures de Vera Rubin contestaient l’existence même des galaxies ! 

Pour résoudre ce paradoxe, la scientifique conclut que les galaxies contiennent une matière actuellement invisible aux instruments de détection, qui exerce pourtant une influence gravitationnelle sur son environnement. Pour que l’équilibre de la matière en rotation autour du noyau galactique soit retrouvé, cette composante inconnue doit en outre être beaucoup plus massive que la seule masse de toutes les étoiles et nébuleuses réunies. À cette inconnue, les scientifiques ont donné le nom de matière noire. Si on sait aujourd’hui évaluer sa répartition dans l’Univers, sa nature reste un mystère. 

Blandine Pluchet Le grand récit des Montagnes. Flammarion 2022

Dans la nature, une sorte d’art est à l’œuvre, une sorte de capacité technique orientée qui travaille la matière du dedans. La forme s’empare de la matière, elle refoule l’indétermination.

Aristote

Pendant à peu près 100 millions d’années, l’Univers traverse son Âge sombre :

C’est comme si nous étions sur une colline et que nous regardions une nappe de fumée étendue dans le fond d’une vallée. Il y a bien des photons dans cette nappe, mais ils diffusent dans des particules alentour et on ne peut voir que la surface de l’écran de fumée.

Benoît Semelin, astrophysicien à l’Observatoire de Paris.

vers 13.5 milliards d’années.

Naissance de la galaxie de la Voie lactée – la nôtre -.

Voici 10 milliards d’années, une titanesque collision a donné à la Voie lactée sa forme actuelle. Tel est le résultat annoncé, dans la revue Nature du 31 octobre 2018, par une équipe franco néerlandaise après la mise au jour, parmi les centaines de milliards d’étoiles qui tournent autour de son centre, d’un groupe de trente mille astres circulant à rebours. Amina Helmi de l’université de Groningue (Pays Bas) et ses collègues affirment que ces objets stellaires proviennent d’une ancienne galaxie, Gaia Enceladus, qui aurait percuté la nôtre avant d’être entièrement absorbée. Ces astronomes ont bénéficié des données de la mission d’astrométrie GAIA. Ce satellite de l’Agence spatiale européenne est chargé, depuis 2013, de constituer un catalogue de 1 % des étoiles de notre galaxie. Un labeur qui a abouti, en avril 2018, à livrer la position ultra précise, sur la voûte céleste, de 1,7 milliard d’astres. Pour plusieurs millions d’étoiles, GAIA a aussi fourni d’autres chiffres comme la distance, la vitesse, la luminosité, la température. Schématiquement, la Voie lactée peut être représentée comme un immense œuf au plat dont le bulbe – traversé par une barre colorée et renfermant un trou noir super massif – occuperait le centre, tandis que la périphérie serait constituée d’un disque mince, jeune et riche en gaz, et d’un disque épais un peu plus vieux. Tout autour, des objets stellaires isolés âgés, des galaxies naines et des amas globulaires (de grands regroupements de vieilles étoiles) constituent les halos interne et externe. C’est en plongeant dans cet océan de données qu’Amina Helmi et ses confrères sont tombés sur ces étoiles du halo interne aux étranges propriétés. Celles-ci circulaient à contre-courant des autres, sur des orbites plus allongées, et avaient des spécificités en termes de température de surface et de luminosité, raconte Carine Babusiaux de l’Institut de planétologie et d’astrophysique de Grenoble, qui a cosigné l’article. De cet objet extragalactique ne subsistent plus de nos jours que ces étoiles étranges du halo et quelques centaines d’amas globulaires repérés sur des trajectoires similaires. Mais son rôle n’en fut pas moins considérable. L’arrivée de Gaia Enceladus aurait provoqué un échauffement du disque mince de la jeune Voie lactée dont des millions d’étoiles auraient été déplacées, donnant naissance à une nouvelle structure, le disque épais, une région dont l’origine était fortement controversée parmi les astronomes. En septembre 2018, la même équipe a pu établir, à partir de l’analyse des mouvements de 6 millions d’étoiles, que le disque mince avait conservé la trace d’un autre événement cosmique, le passage de la galaxie naine du Sagittaire à proximité de la nôtre, il y a 300 à 900 millions d’années.

Vahé ter Minassian. Le Monde du 3 01 2019

vers 13.03 milliard d’années.

Les premières sources de lumière – étoiles massives, mini-quasars – commencent à se former. Ici et là, de petits surcroits de densité attirent peu à peu la matière alentour. En grossissant, ces poches de densité finissent par s’effondrer sur elles-mêmes sous l’effet de leur propre masse. Le phénomène de fusion nucléaire s’enclenche en leur sein, donnant naissance aux étoiles de première génération : hypermassives (environ 100 fois le soleil), excessivement brillantes, elles dépensent leur énergie à si grande vitesse qu’elles s’éteignent en quelques millions d’années. Les régions où naissent ces étoiles ont sans doute amassé assez de matière pour allumer en même temps des grappes d’étoiles, qui composent ainsi les premières galaxies. C’est le début de la Renaissance cosmique : le ciel s’illumine peu à peu d’étoiles et de galaxies.

Sylvie Rouat. Science et Avenir Février 2011

Ces premières galaxies peuvent être d’un diamètre supérieur à 300 000 années-lumière.

de 10 à 4 milliards d’années. Ce serait la durée pendant laquelle des générations d’étoiles se succédèrent, explosant à la fin en supernovae, diffusant ainsi de la matière différenciée : gaz, atomes et poussières qui fertilisent l’univers de la plupart des éléments chimiques connus : hydrogène, hélium, carbone, oxygène, néon, sodium, magnésium, silicium, phosphore. On dit les étoiles plus nombreuses que les grains de sable de l’ensemble de nos déserts…

4,567 milliards d’années. Le magazine Sciences et Avenir, dans son numéro spécial 208 Janvier à Mars 2022, fait un résumé de l’histoire du monde depuis la création du système solaire il y a 4.6 milliards d’années jusqu’à 7 millions d’années ; il est repris sur ce site en mettant chaque chapitre chronologiquement à sa place, en bleu. Les textes sont de William Rowe-Pirra.

La grande aventure de la vie sur Terre

1. Il y a 4.6 milliards d’années, la terre se forme. 

C’est dans une vaste soupe de poussières et de gaz que la Terre se forme progressivement, en même temps que les autres astres du Système solaire ; au fil des collisions entre particules, la matière s’accumule et se condense par la force de gravité. Notre planète ne revêt pas encore les beaux atours que nous lui connaissons ; pas d’océans à sa surface, ni d’oxygène dans son atmosphère. Bombardée de corps célestes, soumise à une très forte activité volcanique et géologique, ce n’est pour des millions d’année encore qu’une énorme boule de roches en fusion. Son refroidissement progressif permettra la condensation de vapeur d’eau en nuages et la formation des tout premiers océans, berceau de la vie.

William Rowe-Pirra. Sciences et Avenir n° 208 de janvier à mars 2022

Formation du système solaire, de la condensation d’un nuage de gaz et de poussières : une nébuleuse. Cela commence par la concentration gravitaire d’une supernova avec une augmentation de la température des bords vers le cœur, et cela donne le soleil. Autour du soleil, huit planètes, dont 4 rocheuses – Mercure, Vénus, Mars et Terre – et 4 gazeuses (Hélium et Hydrogène) – Jupiter, Saturne, Uranus, et Neptune.

Distance des planètes au soleil, et trucs mnémotechniques pour se souvenir de leur ordre, vu à la Cité de l’Espace de Toulouse :

MERCURE	58 000 000 km		Mon	Mon
VENUS	108 000 000 km		Violoncelle	Vieux
TERRE	150 000 000 km		Tombe	Toutou
MARS	228 000 000 km		Mais	Médor
JUPITER	778 000 000 km		Il	Joue
SATURNE	1 427 000 000 km		Sauve	Sur
URANUS	2 869 000 000 km		Une	Un
NEPTUNE	4 500 000 000 km		Note	Nuage

4,560 milliards d’années

Quand Ciel eut été éloigné de Terre
Quand Terre eut été séparée de Ciel
Quand le nom d’Homme eut été fixé
Quand An eut emporté Ciel
Quand Enlil eut emporté Terre…

Épopée de Gilgamesh

Formation du soleil et de la Terre et des 8 autres planètes dans la foulée, de l’agglomération de poussières, de blocs gravitant à la périphérie du soleil naissant. Leur chute libère de l’énergie, qui se traduit par une température d’environ 2 000°C à la surface de la terre. Au maximum de l’échauffement, le fer fondu s’enfonce par percolation vers le cœur pour former le noyau liquide, qui serait un assemblage de cristaux de fer, de nickel et d’un peu de soufre. Au cœur, la graine, solide, dont le frottement avec le noyau liquide, induirait – c’est le cas de figure de la dynamo – le champ magnétique terrestre.

Le champ magnétique terrestre est un formidable bouclier invisible qui nous protège des agressions du cosmos, c’est à dire des flux de particules à haute énergie. Sans ce bouclier, la vie sur notre planète serait impossible. À 3 000 km sous nos pieds, nous avons une chance incroyable d’avoir une masse liquide métallique qu’on appelle le noyau externe. Ce noyau externe tourne autour d’un noyau central plus dense et plus petit. Il est métallique et solide. Et parce que le premier tourne autour du second, le centre de notre planète se comporte comme une dynamo qui génère un puissant champ magnétique, qui agit jusqu’à 40 000 kilomètres d’altitude environ. Toute la terre est donc enveloppée dans son propre champ magnétique qu’on appelle la magnétosphère. C’est ce champ magnétique qui arrête la plupart des particules à haute énergie produites par le Soleil, notre étoile. Mais il stoppe également celles des milliards d’autres étoiles. Sans ce bouclier, pas de vie sur Terre. Il est important de le savoir.

Michel Cabaret, directeur de l’Espace des Sciences. Ouest France du 19 novembre 2021

Il peut paraître étrange que Michel Cabaret en 2021, parle du magnétisme d’une façon plutôt simple, déjà dénoncée par les scientifiques, comme le rapporte David Larousserie début 2016 dans l’article qui suit ; l’auteur de ce site se gardera bien de trancher entre les deux ; le lecteur qui voudrait en savoir plus cherchera par lui-même. Dans les années 2010, la recherche scientifique montrera que cette explication plutôt simple dans son principe ne correspondait pas à la réalité, et que celle-ci était beaucoup plus complexe :

Depuis plus de 3,5  milliards d’années, voire 4  milliards ou plus, la Terre est protégée par un champ magnétique qui repousse la plupart des particules venues de l’espace, rayons cosmiques ou autres nuées de poussières poussées par les tempêtes solaires. Mais l’origine de ce bouclier qui a rendu la vie possible reste un mystère. Dans la revue Nature du 21  janvier 2016, David Stevenson et Joseph G. O’Rourke, de l’université Caltech, en Californie, décrivent un mécanisme original qui résout cette énigme. Dave Stevenson présente cette idée depuis plusieurs années. La nouveauté est qu’elle est maintenant quantifiée, estime Stéphane Labrosse, professeur de géophysique à l’École normale supérieure de Lyon. Nous espérons que notre étude serve de base à une solution complète, même s’il y a encore du travail à faire, répond modestement Joseph Rourke, actuellement en thèse. L’histoire de ce phénomène est en effet semée de fausses bonnes idées.

Dès le XIX°  siècle, les géophysiciens comprennent que les lignes de champ sur lesquelles s’aligne l’aiguille d’une boussole ne viennent pas de la surface de la Terre, mais de ses entrailles, à plus de 5 000 km de profondeur. Ils imaginent que, au centre, existe une sorte de barreau aimanté. Erreur : à la température régnant à ces profondeurs (au moins 5 000  °C), aucun métal ne peut maintenir une aimantation permanente.

Nouvelle tentative avec le modèle de la dynamo : à l’inverse de celle d’un vélo, dans laquelle la variation d’un champ magnétique crée un courant électrique, pour la Terre, la variation d’un champ électrique crée un champ magnétique. Le courant électrique est porté par le fer et le nickel en fusion dans le noyau terrestre. Quant au mouvement, ses causes restent à trouver…

L’un de ces mécanismes, très simple, est très efficace. Telle l’eau chauffée dans une casserole, le liquide du cœur de la Terre s’agite de mouvements de convection ; les éléments montent et descendent. Mais cela dépend de la capacité du métal à conduire la chaleur. S’il conduit trop, la chaleur s’évacue sans créer de convection. Lorsque l’on chauffe du mercure au lieu de l’eau, la convection disparaît, indique ainsi James Badro, de l’Institut de physique du globe de Paris. Or en  2012, deux équipes ont montré que la conductivité thermique du fer, l’élément dominant du noyau, était sous-évaluée de deux à trois fois. Exit l’agitation par ce biais…

Qu’à cela ne tienne, une autre idée a été proposée, analogue à celle qui explique les vastes courants marins dans les océans. Le sel des mers n’aime pas la glace. Lorsque, en hiver, celle-ci se forme, l’eau se charge en sel et s’alourdit, plongeant ainsi dans les profondeurs et entraînant le tapis roulant maritime. Dans le noyau de la Terre, point de sel, mais des éléments légers, mal connus, mais probablement du silicium, du carbone, du soufre… Lorsque le fer liquide se refroidit, une graine se solidifie au centre de la Terre. Comme ces éléments légers préfèrent le liquide, ils modifient la densité du fluide : une partie monte et enclenche une convection, initiatrice de la dynamo magnétique. Fin de l’histoire ?

Non, car cette graine solide n’a pu apparaître très tôt dans l’histoire de la Terre. Elle explique le champ magnétique d’aujourd’hui et jusqu’à 1  ou 2  milliards d’années en arrière, mais pas plus. D’où le moteur alternatif proposé par les Californiens.

C’est encore une histoire d’impureté. Cette fois, il s’agit d’oxyde de magnésium, l’un des ingrédients principaux du manteau terrestre. Lors de la formation de la Terre, il s’est dissous dans le métal liquide. Puis, la température baissant, cette solubilité a diminué et le magnésium n’a eu qu’une envie, sortir du liquide. Comme le gaz sort d’une bouteille lorsqu’on l’ouvre, décrit Stéphane Labrosse. Finalement, le magnésium est remonté, créant le flux de matière espéré. La dynamo a commencé à tourner !

Les simulations des physiciens montrent que l’énergie ainsi générée est suffisante pour créer et maintenir le champ depuis l’origine. J’étais fou de joie de voir que nos calculs précis confirment notre intuition, souligne Joseph O’Rourke. Sans doute que de prochains travaux modifieront des détails, mais je suis optimiste sur le fait que nous avons planté une graine qui grossira en un modèle réaliste.

C’est une idée géniale ! Je les avais pris pour des fous au début mais ils ont raison, s’enthousiasme, quant à lui, James Badro, qui a présenté en décembre, lors d’une conférence, des travaux corroborant ce modèle théorique. Ses mesures à hautes pression et température montrent que le magnésium se dissout effectivement dans le fer dans les conditions primordiales de formation de la Terre. La dynamo peut continuer de tourner.

David Larousserie. Le Monde du 27 janvier 2016

Les mensurations de la Terre :

Circonférence à l’équateur	40 076 594 m
Circonférence au tropique	36 778 000 m
Circonférence au cercle polaire	15 996 000 m
Circonférence d’un méridien	40 009 152 m
Rayon moyen	6 370 000 m

La superficie – 4x 3.1416 x R² –  totale de la Terre est de 510 101 000 kilomètres², partagés en 362 100 000 km² de mer et 174 001 000 km² de continental.

Son volume – 4/3 x 3.1416 x R³ – est de 1 098 320 000 000 de km cube  dont 1 350 100 000 km cube d’eau salée. Si l’on admet comme densité moyenne de la Terre la valeur de 5,52, la masse totale de la Terre est de 5.96 x 1021 tonnes.

Sa composition : 90 % de la masse terrestre est composée de 4 éléments : oxygène, silicium, aluminium et fer.

La croûte, d’une épaisseur allant de 5 à 60 km est composée pour l’essentiel de 8 éléments : 46.6 % d’Oxygène, 27.7 % de Silicium, 8.1 % d’Aluminium, 5 % de fer, 3.6 % de Calcium, 2.7 % de Magnésium, 2.3 % de Sodium, 1.7 % de Potassium, 0.9 % de titane et 1.4 % d’autres éléments.

Il s’ensuit que les oxydes, comme l’hématite (Fe²O³) et la goethite (FeOOH) qui, associés, constituent la rouille, et les silicates, dont le radical de base est SiO4, sont les minéraux les plus abondants à la surface de la Terre. Bien souvent les silicates sont des aluminosilicates, l’atome d’aluminium se substituant aisément à celui de la silice du fait de leur diamètre comparable. Dans le monde minéral, c’est la petitesse de l’ion Si et sa capacité à se lier fortement à 4 oxygènes qui rend compte de l’abondance des silicates. Dans le monde organique, c’est la capacité de l’ion C à se lier avec les ions hydrogène et oxygène qui explique l’importance des longues chaînes carbonées rencontrées par exemple dans les produits pétroliers.

Quant aux roches, elles sont des associations plus ou moins complexes de minéraux. Ainsi le calcaire est constitué principalement de calcite, le granite de quartz et d’aluminosilicates variés comme les feldspaths, les micas, etc.

En se promenant dans la campagne, on rencontre fréquemment, au détour d’un chemin, ce que le géologue dénomme un affleurement. Sur quelques mètres carrés sont exposées une roche, ou une association de roches : par exemple un granite et des roches métamorphiques ou une alternance de bancs redressés de calcaire et d’argile.

Le principe de classification des roches est génétique. Les roches sédimentaires sont déposées à la surface du globe, sur la terre ferme ou, plus fréquemment, dans les océans. Elles comprennent :

• des roches constituées de fragments issus de la désagrégation de roches plus anciennes qui sont dites élastiques, le prototype en est le grès,
• des roches précipitées ou chimiques dont les prototypes sont les évaporites (sel de table, gypse SO4Ca, 2H2O) et certains calcaires. On imagine aisément que l’eau de mer puisse être sursaturée en calcium, magnésium ou sodium entraînant la précipitation de calcite, de gypse, de dolomite ou de sel de cuisine. Pourtant, dans la nature, c’est rarement le cas. Le plus souvent la précipitation est induite par des organismes, par exemple des huîtres ou des oursins désireux de se construire une coquille et, pour ce faire, sont amenés à capter les atomes de calcium dissous dans l’eau de mer. Dans de nombreux cas, ce sont des bactéries qui favorisent la précipitation.

Les roches magmatiques sont issues de la cristallisation de magmas provenant de la fusion de matériaux de l’écorce terrestre ou du manteau sous-jacent. Elles comprennent les laves, ou roches volcaniques, mises en place à la surface du globe où un refroidissement rapide, qui ne permet pas aux atomes de se ranger rationnellement, engendre une structure vitreuse (verre) ou faite de tout petits cristaux comme dans les basaltes, et les roches plutoniques comme les granités intrusifs au sein de l’écorce. Chez ces dernières, un refroidissement lent et progressif donne le temps aux minéraux de cristalliser largement. Ces roches sont grenues.

La Terre est une planète vivante où les roches sédimentaires et magmatiques, aujourd’hui à la surface, seront tôt ou tard entraînées en profondeur. Là, l’augmentation de pression et de température, la circulation de fluides chauds induiront de profondes transformations qui donneront naissance aux roches métamorphiques. Dans un premier temps, à faible profondeur, les roches sédimentaires et magmatiques ayant subi un début de transformation restent reconnaissables. À forte profondeur, on assiste à un complet réarrangement de la structure originelle de la roche avec, notamment, la recristallisation de minéraux plus denses, stables aux conditions de la profondeur. Ces transformations drastiques peuvent déboucher sur la fusion des roches. Ainsi le granité a-t-il une double origine. Il peut être associé à la formation et différenciation de magmas ayant lieu profondément, à la partie supérieure du manteau terrestre. Il peut aussi provenir de la fusion de roches sédimentaires ou/et magmatiques de composition chimique adéquate. Dans ce cas, il apparaît comme participant des processus de métamorphisme intervenant dans la croûte, c’est-à-dire plus superficiellement.

Ainsi faut-il bien distinguer les minéraux et les roches. Les premiers, constitués d’atomes, ont une forme géométrique rigoureusement fixée, même si, en s’associant, ils peuvent édifier des structures irrégulières et complexes comme, par exemple, les roses des sables formées par l’agrégation de cristaux de gypse. Quant aux roches, associations plus ou moins complexes de minéraux, elles arment les reliefs terrestres : massifs granitiques du Limousin, calcaires du Vercors, coulées basaltiques de l’Aubrac, de la région du Puy dans le Massif central. Elles habillent aussi les devantures de nos boutiques, de nos hôtels et de nos stations de métro (marbres, granités, quartzites, etc.). Erodées, désagrégées en fines particules, elles forment les grains de sable de notre littoral et les galets de nos plages et rivières, morceaux de roche de taille variable transportés et usés par l’eau ou le vent, constitués des minéraux les plus résistants à l’érosion comme le quartz et certains silicates.

[…]     Trois grandes discontinuités, dénommées du nom de leurs découvreurs, séparant des milieux de nature ou/et de viscosité différentes, ont été mises en évidence au sein du globe. Ce sont, de la surface vers l’intérieur :

• La discontinuité d’Andrija Mohovici, ou Moho, qui, entre 5 et 80 km de profondeur, sépare l’écorce du manteau.
• La discontinuité de Beno Gutenberg qui, autour de 2 900 km, sépare le manteau du noyau.
• La discontinuité de Inge Lehmann qui, à 5 000 km de profondeur, sépare le noyau externe liquide du noyau interne, ou graine, solide.

[…]     Localement, les racines de chaînes de montagnes anciennes sont visibles à la surface du globe et il est possible d’y relever une coupe complète de l’écorce terrestre comprenant le Moho. Certains volcans, et notamment les cheminées de kimberlites, roches mères des diamants, ramènent à la surface suite à une sorte de ramonage, des échantillons de manteau provenant de 50 à 300 km de profondeur.

En laboratoire, des cellules dites à enclume de diamants montées sur des presses hydrauliques et insérées dans des fours électriques permettent de recréer des températures de 5 000 ° et des pressions de 106 bars correspondant approximativement aux conditions régnant dans le noyau terrestre. On peut ainsi soumettre des matériaux variés – silicates, métaux, alliages métalliques, mélange de silicates et métaux – aux diverses conditions de pression et température rencontrés à l’intérieur du globe. On enregistre à quelle vitesse et fréquence des vibrations, assimilées à des ondes sismiques, s’y propagent. Il est alors possible, en comparant ces données expérimentales avec les vitesses et les fréquences des ondes sismiques, de formuler des hypothèses quant à la nature des roches constituant les enveloppes terrestres.

Roland Trompette, Daniel Nahon. Science de la Terre, Science de l’Univers. Odile Jacob 2011

L’étude des ondes sismiques, qui changent de vitesse ou de direction à la jonction des couches de nature différente, révèle les interfaces croute/manteau et manteau/noyau, et jusqu’à l’existence de la graine, à 5 150 km de profondeur. Cette boule d’environ 2 200 km de diamètre, essentiellement composée d’un alliage de fer et de nickel, est entourée d’un océan de fer en fusion de la même épaisseur. Brassé par de puissants mouvements de convexion et animé par la rotation du globe, ce noyau produit le champ magnétique terrestre, indispensable à la vie puisqu’il dévie les particules de haute énergie du vent solaire et des rayons cosmiques. Au-dessus s’étend le manteau avec deux étranges formations rocheuses, épaisses de 1 000 km et large de plusieurs milliers de km. Ces cryptocontinents, les Large Low Shear Velocity Provinces (LLSVP), seraient formés de roches denses. Le manteau recèlerait aussi d’immenses quantités d’eau, enfermées dans deux minéraux : la wadsleyite et la ringwoodite. Jusqu’à quatre fois le volume des océans ! Enfin, la croûte terrestre grouille de vie, avec des millions d’espèces différentes prospérant dans l’obscurité.

François Folliet. Sciences et Avenir 209 Avril/Juin 2022

Le PRECAMBRIEN couvre les périodes allant de 4,6 à 0,57 milliard d’années. C’est la classification la plus globale de l’histoire de la Terre, avec la période qui le suit : le Phanérozoïque. Le Précambrien couvre la période où la vie se limite à des bactéries. Le Phanérozoïque couvre la période où sont apparues des organismes pluricellulaires (métazoaires) diversifiés, pouvant atteindre de grandes tailles.

HADÉEN , de 4,6 à 4 milliards d’années

Ainsi nommé du nom du dieu grec de l’enfer, car des comètes monstrueuses et des météorites gigantesques – des chondrites : assemblage de billes de silicates et d’un alliage fer-nickel – qui apportent de l’eau bombardent en rafales la planète, ce qui ne signifie pas obligatoirement que la surface de la Terre soit en fusion perpétuelle : on a retrouvé des zircons, minuscules cristaux de silicate de zirconium, presque aussi durs que le diamant et plus stables, dans les Jack Hills en Australie, datant de 4,4 milliards d’années, soit 200 millions après la naissance de notre planète : donc, à cette époque, tout n’était pas en fusion. Notre planète aurait peut-être été à cette époque solide, froide et humide.

Parmi les premiers impacts d’astéroïdes, probablement le plus grand, – de la taille de Mars, et à incidence rasante – celui qui créa la Lune, aux environs de 4.533 milliards d’années : les parties centrales ou noyaux de l’astéroïde et de la jeune Terre auraient fusionné pour former le noyau terrestre métallique. On sait aujourd’hui que la composition chimique de la Lune est en gros identique à celle du manteau terrestre. En 2014, un nouveau mode de mesures viendra positionner cette formation de la lune à 95 millions d’années [+ ou – 32 millions d’années] après le début du système solaire, soit 4.472 milliards d’années [2]. Des analyses de roche de la mission Apollo XIII en 1971 viendront appuyer cette théorie, sans toutefois pouvoir en faire une certitude scientifique [voir à 31 janvier 1971].

Des morceaux denses de Théia auraient sombré au plus profond du manteau, mobilisant alors de grandes remontées de magma en panaches, bloqués en surface par la couche externe rigide. Celle-ci aurait été fracturée et poussée par ces panaches avant qu’ils ne replongent dans le manteau, déclenchant ainsi le début de la subduction, c’est-à-dire de l’enfoncement d’une plaque tectonique sous une autre.

Sciences et avenir n°915. Mai 2023

Le plus grand champ de cratères d’impact se trouve  à Sikhote-Alin, en Sibérie : on en compte 159, mais le second, dans l’hémisphère sud, dans la zone volcanique de Bajada del Diablo, dans la province de Chubut, en Patagonie, a une centaine de cratères sur 400 km², mais ils sont de plus grande taille, entre 100 et 500 mètres de diamètre, et 30 et 50 mètres de profondeur.

Ainsi donc, printemps, été, automne, hiver, nos quatre saisons, sont le résultat tout d’abord de l’impact d’un énorme astéroïde créateur de la Lune, et d’une séance de putching ball à laquelle la terre fut livrée des millions d’années durant ; au cours de cette raclée cosmique, fatiguée, groggy, elle se pencha de 23°27’ sur le plan de l’écliptique et en resta là, pour le plus grand bonheur des habitants des régions tempérées.

vers 4,46 milliards

Sur la surface des eaux primordiales,
la Déesse première laisse apparaître son genou.
Le Canard, dieu de l’Air, y dépose six œufs d’or.
La Vierge plonge, les œufs se brisent et
le bas de la coque de l’œuf forma le firmament sublime,
le dessus de la partie jaune devint le soleil rayonnant,
le dessus de la partie blanche fut au ciel la lune luisante :
tout débris détaché de la coque fut une étoile au firmament,
tout morceau foncé de la coque devint un nuage de l’air
le temps avança désormais…

Kalevala, épopée finnoise

Hiemdal se tenait à une des extrémités de l’arc-en-ciel ;
il dormait plus légèrement qu’un oiseau ;
il apercevait les objets le jour et la nuit
à une distance de plus de deux cents lieues,
et avait l’oreille si fine,
qu’il entendait croître l’herbe des prés et la laine des brebis.

Edda [mythologie islandaise]

La légende inuite raconte que Malina (le soleil) et Anningan (la lune), respectivement sœur et frère, étaient depuis leur prime jeunesse très unis, mais furent séparés une fois grands pour vivre dans les zones attribuées aux hommes et aux femmes. Un jour, pendant qu’Anningan observait les femmes, il se rendit compte que sa sœur était la plus belle de toutes. Il décida donc d’aller lui rendre visite dans son lit pendant la nuit. Profitant de l’obscurité, il abusa de la pauvre Malina, qui n’avait pas la moindre idée de son identité. Lorsque cela se reproduisit, Malina était prête : elle recouvrit ses mains de cendres de façon à tacher le visage  du violeur et pouvoir le reconnatre le jour suivant. Elle attendit patiemment et, quand Anningan se détourna d’elle, elle lui recouvrit le visage de noir.

Le lendemain, Malina commença sa recherche parmi les hommes du village et, à son grand désarroi, se rendit compte que le coupable était son frère. Poussée part la colère, elle s’amputa les seins et les lui offrit en disant : Puisque je te plais tant que ça, mange les donc ! Sur ce, elle s’enfuit. Anningan, lui aussi en rage, la poursuivit et tous deux se mirent à courir si vite qu’ils finirent par décoller : c’est ainsi qu’ils devinrent les deux astres qui encore aujourd’hui continuent à se suivre dans le ciel.

Marco Tedesco, Alberto Flores d’Arcaïs. Ice  Humen Sciences 2022

Chez les Égyptiens, c’est un peu plus compliqué :

À l’origine du monde était un chaos liquide. Aton, le soleil, en sortit de sa propre volonté et se posa sur une pierre verticale. De la semence d’Aton naquit un couple divin : Shout, l’Atmosphère, et Tefnout, l’Humidité, qui engendrèrent à leur tour deux autres couples. Le deuxième couple est formé de Geb, dieu de la Terre, dont la légende fait le premier pharaon, et Nout, déesse du ciel, dont le corps est parcouru durant la journée par le soleil, qu’elle avale chaque soir pour le mettre au monde chaque matin.

*****

Un dieu, ou la nature la meilleure, mit fin à cette lutte ; il sépara du ciel la terre, de la terre les eaux et il assigna un domaine au ciel limpide, un autre à l’air épais. Après avoir débrouillé ces éléments et les avoir tirés de la masse ténébreuse, en attribuant à chacun une place distincte, il les unit par les liens de la concorde et de la paix. La substance  ignée et impondérable de la voûte céleste s’élança et se fit une place dans les régions supérieures. L’air est ce qui en approche le plus par sa légèreté et par sa situation ; la terre, plus dense, entraîna avec elle les éléments massifs et se tassa sous son propre poids ; l’eau répandue alentour occupa la dernière place et emprisonna le monde solide.

Lorsque le dieu, quel qu’il fût, eut ainsi partagé et distribué l’amas de la matière, lorsque de ses différentes parts il eut façonné des membres, il commença par agglomérer la terre, pour en égaliser de tous cotés la surface, sous la forme d’un globe immense. Puis il ordonna aux mers de se répandre, de s’enfler au souffle furieux des vents et d’entourer de rivages la terre qu’ils encerclaient. Il ajouta les fontaines, les étangs immenses et les lacs, enferma entre des rives obliques la déclivité des fleuves, qui, selon les contrées, sont absorbés par la terre elle-même, ou parviennent jusqu’à la mer et, reçus dans la plaine des eaux plus libres, battent, au lieu de rives, des rivages. Il ordonna aux plaines de s’étendre, aux vallées de s’abaisser, aux forêts de se couvrir de feuillage, aux montagnes rocheuses de se soulever. Deux zones partagent le ciel à droite, deux autres à gauche, avec une cinquième plus chaude au milieu d’elles ; la masse qu’il enveloppe fut soumise à la même division par les soins du dieu et il y a sur la terre autant de régions que couvrent les zones d’en haut. L’ardeur du soleil rend celle du milieu inhabitable ; deux autres sont recouvertes de neiges épaisses ; entre elles, il plaça encore deux, à qui il donna un climat tempéré, en mélangeant le froid et le chaud.

Au-dessus s’étend l’air ; autant il est plus léger que la terre et l’eau, autant il est plus lourd que le feu. C’est le séjour que le dieu assigna aux brouillards et aux nuages, aux tonnerres, qui épouvantent les esprits des humains, et aux vents qui engendrent les éclairs et la foudre. Aux vents eux-mêmes l’architecte du monde ne livra pas indistinctement l’empire de l’air ; aujourd’hui encore, quoiqu’ils règnent chacun dans une contrée différente, on a beaucoup de peine à les empêcher de déchirer le monde, si grande est la discorde entre ces frères.[…]

Au-dessus des vents, le dieu plaça l’éther fluide et sans pesanteur, qui n’a rien des impuretés d’ici-bas. Dès qu’il eut enfermé tous ces domaines entre des limites immuables, les étoiles, longtemps cachées sous la masse qui les écrasait, commencèrent à resplendir dans toute l’étendue des cieux. Pour qu’aucune région ne fût privée de sa part d’être vivants,  les astres et les dieux de toutes  formes occupèrent le céleste parvis ; les eaux firent une place dans leur demeures aux poissons brillants ; la terre reçut les bêtes sauvages ; l’air mobile, les oiseaux.

Ovide – 43 av. J.C. 18 ap. J.C. – Métamorphoses. Livre premier

de 4.2 milliards à 3 milliards d’années.

Des millions d’années de pluie, condensation due au refroidissement d’une atmosphère riche en vapeur d’eau, donnent naissance aux océans. La forte proportion de CO² provoque un effet de serre amenant l’eau de mer à des températures entre 60 et 90°C. La pression atmosphérique est proche de 200 bars [1 kg/cm²] et la température de surface aux environs de 350 °. Longtemps, il n’y eut qu’une enveloppe d’eau – l’hydrosphère – car la pluie, à peine tombée, se vaporisait sur des surfaces encore trop chaudes. L’apparition de l’eau sous forme de mares, d’étangs puis d’océans se fera vers 3 milliards d’années.

Eau, tu n’es pas nécessaire à la vie, tu es la vie.

Antoine de Saint Exupéry. Terre des Hommes

Homme libre, toujours tu chériras la mer !
La mer est ton miroir ; tu contemples ton âme
Dans le déroulement infini de sa lame,
Et ton esprit n’est pas un gouffre moins amer.

Tu te plais à plonger au sein de ton image ;
Tu l’embrasses des yeux et des bras, et ton cœur
Se distrait quelquefois de sa propre rumeur
Au bruit de cette plainte indomptable et sauvage.

Vous êtes tous les deux ténébreux et discrets :
Homme, nul n’a sondé le fond de tes abîmes ;
Ô mer, nul ne connaît tes richesses intimes,
Tant vous êtes jaloux de garder vos secrets !

Et cependant voilà des siècles innombrables
Que vous vous combattez sans pitié ni remord,
Tellement vous aimez le carnage et la mort,
Ô lutteurs éternels, ô frères implacables !

Charles Baudelaire

L’océan sonore
Palpite sous l’œil
De la lune en deuil
Et palpite encore
Tandis qu’un éclair
Brutal et sinistre
Fend le ciel de bistre
D’un long zig zag clair
Et que chaque lame,
En bonds convulsifs,
Le long des récifs
Va, vient, luit et clame
Et qu’au firmament
Où l’ouragan  erre,
Rugit le tonnerre
Formidablement

Paul Verlaine. Marine Poèmes saturniens

Depuis qu’il y a des hommes, aucun d’entre eux jamais n’a pu, me semble-t-il, sincèrement affirmer avoir vu à la mer cet air de jeunesse que prend la terre au printemps. Mais il en est, parmi nous, qui, regardant l’océan avec entendement et tendresse, lui ont vu l’air si vieux que les siècles immémoriaux semblaient avoir émergé du limon inviolé de ses profondeurs. Car c’est un coup de vent qui donne un air de vieillesse à la mer.

Dans le recul des jours, évoquant les aspects des tempêtes survécus, c’est là ce qui se dégage clairement de cet ensemble d’impressions que m’ont laissé tant d’années d’un commerce intime avec la mer.

Si vous voulez savoir l’âge de la terre, regardez la mer en furie. Son immensité grise, les lames où le vent creuse de longs sillons, les larges traînées d’écume, agitées, emportées, comme des boucles emmêlées, donnent à la mer l’apparence d’un âge innombrable, sans lustre et sans reflet, comme si elle avait été créée avant la lumière elle-même.

Joseph Conrad. Le miroir de la mer. 1906

La première nécessité pour la vie est de disposer d’une source d’énergie. À la surface de la Terre, l’énergie la plus aisément disponible est l’énergie solaire. Fort logiquement, les premières formes de vie l’ont utilisée. L’eau est le deuxième besoin pour la vie, ce qui explique que celle-ci soit apparue dans une eau suffisamment peu profonde pour que les rayons du Soleil y pénètrent encore.

L’eau n’est pas un produit ordinaire. Il s’agit certainement de la seule molécule de cette taille, aussi simple en apparence que sa formule (H₂0) le laisse supposer, à combiner autant de propriétés aussi particulières. Tout d’abord, si cette molécule se comportait exactement selon les propriétés tableau périodique des éléments, l’eau gèlerait à – 100 °et s’évaporerait dès 70°. Elle doit ses propriétés à la liaison hydrogène qui intervient dans l’architecture moléculaire de tous les êtres vivants. Cette interaction de type faible relie les molécules d’eau liquide entre elles en un gigantesque réseau. Des attractions électrostatiques relient un atome d’hydrogène d’une molécule d’eau (à polarisation positive) à un atome d’oxygène (à polarisation négative) d’une autre molécule. La formule chimique n’est qu’une simplification et la réalité change ses propriétés d’ébullition 170 °C ! On imagine facilement l’importance de ce fait pour les cellules. Mais les températures de congélation et d’ébullition ne sont pas les seules particularités de cette molécule d’eau. En effet, quand l’eau refroidit sa densité augmente, comme celle de n’importe quel liquide. Cependant, quand la température de l’eau descend au-dessous de 4 °C, le volume de l’eau augmente de nouveau, et cette augmentation continue quand l’eau gèle. Les conséquences sont importantes pour la vie. Nous citerons deux exemples.

En hiver, quand la température tombe, l’eau d’un lac commence à se refroidir en surface. Comme elle devient plus dense, l’eau froide coule et assure une homogénéisation de la température sur toute la profondeur d’eau. Ce processus s’observe tant que la température de l’eau ne descend pas en dessous de 4 °C, car alors l’eau superficielle devient moins dense et reste en surface. Même si la température continue de descendre, la glace qui se forme reste elle aussi en surface. Ainsi, même lors d’hivers extrêmement rigoureux et longs, le fond du lac reste à 4 °C. Ce comportement de l’eau contribue à la conservation de la vie. Quand l’eau gèle, la glace augmente de volume. Dans les fissures des massifs rocheux où l’eau s’est infiltrée, cet accroissement de volume fait éclater la roche – c’est le processus de la gélifraction – et facilite l’érosion, accélérant d’autant la formation de sols meubles dans lequel des plantes peuvent se développer. Le renouvellement continu du relief est en effet une caractéristique unique de notre planète, qui ne présente donc pas l’aspect grêlé de la Lune ou de Mars, dû aux impacts de météorites dont certaines traces datent de plusieurs milliards d’années.

Les premiers organismes ont utilisé la puissance du Soleil pour convertir l’eau et le dioxyde de carbone en glucides. Ils ont alors transformé l’énergie lumineuse, fugace, en une énergie chimique susceptible d’être stockée. Mais ce processus de transformation libère un sous-produit – un déchet, en quelque sorte -, l’oxygène. Ce rejet très oxydant a bien entendu été nocif pour les organismes d’alors. Mais la vie s’adapte à tout et certains organismes ont même fini par adopter ce produit toxique pour leur métabolisme et leurs échanges énergétiques, à tel point que l’on pourrait croire que l’oxygène est un élément fondamental de toute vie. L’eau l’est, l’oxygène non. Cette production d’oxygène a modifié la composition et partant l’aspect de l’eau des océans entre 2,4 et 2 milliards d’années. En effet, avant l’activité photosynthétique des organismes, l’atmosphère terrestre était dominée par le C0₂ et les eaux réductrices contenant des substances qui consomment de l’oxygène, en l’occurrence, riches en fer dissous puisque, sous sa forme réduite, le fer ferreux de couleur verte, est soluble dans l’eau.

Avec l’arrivée de ce dioxygène (de formule chimique 0₂) dans l’eau, le fer ferreux s’oxyde, devient ferrique, rouge. Le fer, sous cette forme oxydée, est insoluble dans l’eau. Il précipite donc au fond de l’océan où il s’accumule en couches rouges très épaisses. Aujourd’hui, plus de 80 % de l’exploitation du minerai de fer exploité dans le monde proviennent de gisements formés de cette façon. Le fait que le fer disparaisse ainsi de l’eau la rend plus limpide et permet donc à la lumière solaire de pénétrer plus profondément. La photosynthèse peu donc s’opérer sur une plus grande profondeur, ce qui accélère la production d’oxygène. Quand le fer a précipité, l’eau se charge en oxygène, puis celui-ci pourra s’échapper dans l’atmosphère. Le dioxygène gagnera les hautes couches où, sous l’action des rayons solaires, il deviendra en partie du trioxygène : l’ozone. Le ciel terrestre passera de marron orangé à bleu. La captation d’une dose de rayons solaires par cet ozone permettra à la vie de s’exprimer et de se développer sur la terre ferme.

Les premiers organismes vivants captant du C0₂ et rejetant de l’oxygène (O) introduisent dans l’environnement un déséquilibre chimique dont la marque la plus visible est le dépôt de carbonates de calcium (matières calcaires) à proximité immédiate des zones où la synthèse chlorophyllienne est active. Ces calcaires portent donc la marque des organismes vivants, ne serait-ce que par leur forme : ils apparaissent finement laminés et mamelonnés. Cette allure leur a fourni leur nom : les stromatolithes (du grec stromato – tapis, et lithos – roche). Ce ne sont pas des êtres vivants mais des structures sédimentaires élaborées par un tapis de filaments bactériens. Ces constructions représentent parfois des couches très épaisses. On les retrouve dans des roches de plusieurs milliards d’années. Outre le déséquilibre introduit par le dégagement d’O₂, le piégeage du CO₂ dans le calcaire conduit à une nette diminution de la quantité de CO₂ dans l’air. La réduction de ce gaz à effet de serre induit une diminution de la température terrestre. Cette baisse est parfois si importante que la température descend jusqu’à – 50 °C pendant quelques dizaines de milliers d’années. L’eau gèle. La couleur globale de la Terre devient alors bien plus blanche qu’avant et elle renvoie davantage d’énergie solaire. Le processus s’emballe, jusqu’à avoir une Terre complètement gelée, pareille à une boule de neige de – 10 °C pendant quelques millions d’années. L’action des volcans sous la glace semble permettre une accumulation de C0₂ qui, lorsqu’il s’échappera, permettra un retour à la normale. La vie s’est d’abord manifestée dans l’océan. Pendant plus de 3 000 millions d’années, elle ne s’est développée que dans le milieu liquide ; la surface continentale était alors exempte de toute forme de vie, seules affleuraient les roches. Les paysages terrestres devaient ressembler à nos grands déserts actuels : Takla-Makan, Hoggar ou Namib.

Il y a environ 500 millions d’années, des lichens se sont installés, un peu comme on en voit aujourd’hui dans certains déserts, qu’ils soient chauds ou très froids ; ce sont eux qui nourrissent les rennes des régions polaires. Des lichens, des mousses ont proliféré, accrochés aux rochers par le simple fait qu’ils en épousent les moindres détails de la forme, puis par des crampons. L’eau ne circule pas encore dans leurs tissus, elle les imprègne seulement, quand il y en a. En effet, ces organismes sont capables de reviviscence, c’est-à-dire qu’ils se dessèchent totalement quand l’eau manque et semblent ne plus vivre, mais ils se réhydratent et revivent à la première pluie. Ils ont parfois été comparés à de petits laboureurs mobilisant une très fine couche superficielle. Il y a environ 450 millions d’années, à l’Ordovicien, les végétaux se répandent un peu plus largement sur les continents. Ce sont d’abord des organismes très simples, sans vaisseaux conducteurs. Quelques arthropodes terrestres – acariens, araignées et scorpions primitifs – se sont aventurés à terre : leur carapace leur permettait de résister aux rayonnements solaires nocifs, la couche d’ozone n’étant pas encore formée. Il y a environ 400 millions d’années, la Terre se remet tout doucement d’une crise orogénique, c’est-à-dire d’une période où des reliefs importants se sont créés : on retrouve des restes de cette chaîne calédonienne en Écosse, en Bretagne, etc. La surface terrestre retrouve donc son état habituel : elle redevient plate, extrêmement plate. Le relief est si peu important qu’à la moindre tempête les eaux envahissent de grandes surfaces continentales. Quand la tempête se calme, les flots regagnent leur réceptacle marin habituel, abandonnant ici et là quelques flaques d’eau dans lesquelles des organismes sont restés prisonniers. Lors de leur assèchement ces êtres périront, sauf certains chanceux qui possèdent des embryons de poumons. On est loin de l’image volontariste qu’insidieusement suggère l’expression conquête du milieu terrestre, ou même celle de sortie des eaux ! Quoi qu’il en soit, ceux qui ont survécu vont finir par s’adapter à l’environnement aérien. Les tétrapodes, vertébrés à quatre membres, s’installent désormais sur les continents : ils le peuvent parce que des plantes les ont précédés, qui leur offrent la nourriture nécessaire. Vers la même période, au milieu du Dévonien, apparaissent les premières plantes dotées de vaisseaux conducteurs de sève, les rhyniophytes, qui ne dépassent guère 50 centimètres de haut. 15 millions d’années plus tard, des forêts de lycopodes de 10 mètres de haut s’étendent déjà sur les continents. Les plantes grandissent pour une large part en remplissant d’eau des sacs intracellulaires, les vacuoles. En retour, celles-ci exercent une pression sur les parois des cellules qui s’allongent alors selon un axe déterminé, donnant ainsi leur forme à chacune des plantes.

Les végétaux se suffisent à eux-mêmes pour la nourriture : on les dit autotrophes. Ce qui leur importe le plus est de disposer de lumière. Il ne faut donc pas qu’ils soient recouverts au moindre coup de vent par un autre végétal ou par du limon, mais au contraire qu’ils puissent s’élever vers la lumière. Ils développent une stratégie de surface. D’abord simples tiges, ils gagnent progressivement un grand nombre d’épines puis des feuilles : autant de panneaux solaires utiles à la photosynthèse. Les animaux qui se sont retrouvés hors de l’eau doivent partir en quête de nourriture et donc se déplacer. Par ailleurs, ils ne sont pas sûrs de trouver chaque jour leur nourriture : ceux qui réussissent à se constituer des réserves sont donc avantagés. Les végétaux ont développé une stratégie d’ancrage et de surface, les animaux ont développé une stratégie de mobilité et de volume. Les végétaux se sont affranchis de l’eau en développant un système vasculaire, en interne, et en adoptant des pores d’ouverture contrôlée avec l’externe. Leur reproduction peut se faire par des graines susceptibles d’attendre longtemps dans un environnement très sec. Les animaux ont aussi adopté un système circulatoire et ils se procurent de l’eau par une nourriture hydratée ou en buvant. Pour leur reproduction, cependant, ils restent tributaires d’un passage dans l’eau. Ce n’est qu’il y a environ 300 millions d’années qu’une nouveauté va autoriser certains organismes à s’affranchir de l’eau pour leur reproduction, comme l’attestent les fossiles d’Hylonomus de Joggins (Nouvelle-Écosse, Canada). Cette innovation s’appelle l’amnios. Elle est caractérisée par un œuf qui possède des membranes annexes lui permettant de se développer en dehors du milieu aquatique. L’embryon, protégé par un œuf à coquille dure ou par l’utérus maternel, se développe en milieu aqueux à l’intérieur de l’amnios. Il se retrouve chez certains groupes de vertébrés tels que les reptiles, les oiseaux et les mammifères. Désormais, les organismes vont pouvoir s’éloigner des points d’eau, ils ne seront plus tributaires du milieu liquide, comme les amphibiens, et pourront gagner des territoires qui leur étaient inaccessibles jusqu’alors. L’eau est, avec les composés à base de carbone, la molécule la plus importante pour la réalisation des processus vitaux. Les êtres vivants sont en effet composés d’eau à 70 voire 80 % – certaines plantes atteignent même 90 % et quelques organismes aquatiques, telles les méduses, jusqu’à 99 %. Le cycle géoécologique de l’eau est régi par les précipitations, l’infiltration, le ruissellement, l’évapotranspiration, la condensation… Les organismes, surtout les végétaux qui dominent par leur biomasse, contribuent au cycle de l’eau en la prélevant activement, en la stockant et en la restituant dans l’atmosphère.

Généralement, la vie tire son énergie du Soleil, par voie directe ou indirecte. Les êtres vivants sont capables de transformer l’énergie lumineuse du Soleil en énergie chimique, puis de la stocker. Ce sont les producteurs primaires de la chaîne alimentaire, les plantes vertes et certaines bactéries. D’autres organismes puisent à leur tour cette énergie stockée sous forme chimique en se nourrissant des plantes et en en digérant les sucres peuvent aussi consommer l’oxygène produit par les végétaux pour brûler leur nourriture dans des réactions qui dégagent de l’énergie. Plus loin dans la chaîne alimentaire, d’autres animaux mangent ces herbivores, et ainsi de suite. Même les bactéries qui dégradent le pétrole brut ne font rien d’autre qu’utiliser l’énergie chimique que les plantes ont stockée des millions d’années auparavant. De même, quand nous exploitons des énergies fossiles comme le charbon, le pétrole ou le gaz naturel, c’est la réaction inverse de la photosynthèse effectuée par les végétaux il y a très longtemps qui se produit : en brûlant le carbone dont les plantes se sont servies pour fabriquer des molécules organiques, nous formons du dioxyde de carbone à partir de l’oxygène produit par ces mêmes plantes. Quand nous brûlons un charbon du Carbonifère, c’est de l’énergie solaire d’il y a 300 millions d’années qui nous chauffe. L’évolution de la biodiversité est marquée par des crises où l’eau (niveau des océans, réchauffement, refroidissement) joue un rôle majeur.

S’il paraît évident que la vie est influencée par les conditions qui existent à la surface de la Terre, il l’est moins d’admettre que la vie gère aussi en partie le fonctionnement de la partie externe la planète. On a vu comment le dégagement d’oxygène a modifié la composition de l’eau et de l’atmosphère. La vie participe une sorte d’autorégulation des conditions environnementales ! Dans les cycles de rétroactions complexes, l’eau joue un rôle de premier ordre. Outre les aspects d’évapotranspiration régis par les plantes, les nuages y prennent une part conséquente.

Une sorte de régulation de la température terrestre fonctionne en relation avec eux. Les régions sombres – les montagnes en été, les forêts ou même l’océan – tendent à absorber l’énergie calorifique du Soleil. Les régions claires – les déserts, les zones nuageuses ou les calottes polaires – tendent à réfléchir l’énergie solaire de la Terre. Cette réflexion, appelée albédo, n’est pas la même partout. La couverture nuageuse est l’un des facteurs qui la modifient. Si les nuages sont abondants, beaucoup de lumière est réfléchie et la Terre refroidit ; s’il y a peu de nuages, beaucoup de chaleur atteint la surface terrestre, qui se réchauffe. Les facteurs qui contrôlent l’abondance des nuages sont nombreux. L’interaction de l’atmosphère et de l’océan est l’un des principaux : il suffit de penser au brouillard qui se forme au début de l’été le long des côtes pour en avoir une idée. D’autre facteurs, comme l’ombrage créé par la pluie, les fronts météorologiques (séparation de masses d’air ayant des propriété différentes), contribuent à la couverture nuageuse de la planète. Étant donné que les océans en couvrent près des trois quarts il est raisonnable de penser que tout ce qui contribue à la formation de nuages sur l’océan a un impact majeur sur la température terrestre. Un tel mécanisme est par exemple l’émission de produits générateurs de noyaux de condensation nuageuse par certains groupes de phytoplancton, algues microscopiques comme les coccolithophoridés ou les Phaeocystis.[3]

Des nuages se forment quand la vapeur d’eau de l’atmosphère condense ou gèle. Cependant, pour que des nuages se forment, une particule, ou germe, doit être présente pour rassembler l’eau dans une gouttelette. Ces particules, appelées noyaux de condensation nuageuse, sont de petites particules de l’atmosphère qui conduisent à la formation de nuages. Une substance qui agit ainsi est le sulfure de diméthyl (en anglais dimethyle sulphide, d’où l’abréviation DMS fréquemment rencontrée). On sait en effet que des algues phytoplanctoniques produisent ce gaz en quantité. La libération dans l’atmosphère d’aérosols soufrés à partir de ce gaz est suffisante pour former des nuages. Ces minuscules organismes marins ont entre leurs mains le thermostat terrestre ! Quand le soleil brille généreusement, le phytoplancton croît rapidement et relâche du DMS en quantité, produisant des nuages. L’accroissement de la couverture nuageuse peut être tel que la température terrestre diminue, mais en même temps le développement nuageux correspond à une diminution de l’insolation, ce qui ralentit la croissance du phytoplancton. Il s’ensuit que la production biologique diminue et par conséquent la quantité de DMS. Il y a alors moins de nuages et la température augmente de nouveau. Le cycle se poursuit d’une manière autorégulée et équilibrée. Ainsi le phytoplancton contrôle-t-il, au moins en partie, la formation des nuages qui couvrent l’océan, et la température terrestre. Ces effets illustrent des interactions qui existent entre la Terre et la vie. D’autres processus abiotiques interviennent comme facteurs régulateurs sur une plus longue échelle de temps. Ainsi, par exemple, la Terre connaît des périodes pendant lesquelles de grandes provinces basaltiques, conséquence d’une expulsion colossale de flots de basalte, se mettent en place. L’une des plus célèbres, qui n’est cependant ni la plus importante, ni la plus grande, date de 65 millions d’années et se trouve en Inde, où elle forme des falaises qui ressemblent à de grands escaliers, d’où le nom de trapps (escalier en Scandinave) qui leur a été donné. Lors de cette gigantesque émission de lave, d’énormes quantités de gaz carbonique (7.10¹³ t de CO₂) et d’eau ont été émis pendant une période qui s’est étendue sur un million d’années. Le climat s’en est trouvé modifié, notamment par une augmentation de la température. Néanmoins, les laves émises en région intertropicale ont été soumises à l’action de l’eau et se sont donc altérées. Cela a résorbé le C0₂ injecté par l’éruption dans l’air, après un délai dû à la lenteur des réactions d’altération. Ce modèle fait ressortir qu’en l’espace de quelques millions d’années la nature a réparé la mise en place massive de ce CO₂ susceptible d’augmenter la température de la Terre. Le bilan global, après éruption et altération, est même un taux de CO₂ atmosphérique plus bas qu’avant l’éruption. Le climat de notre planète a été suffisamment stable pour entretenir la vie pendant des millions d’années mais il a changé à diverses reprises, comme l’attestent les données géologiques, sédimentologiques, paléontologiques, géochimiques, etc. Les données fournies par les fossiles ou la largeur des cernes des arbres, les taux de croissance des organismes marins et les types de végétation révélés par les pollens fossiles, par exemple, prouvent que le climat de la Terre est caractérisé, depuis des centaines de millions d’années, par une alternance de périodes de temps chaud et de temps froid. Il y a plus de 250 millions d’années, vers la fin du Paléozoïque, les glaciers recouvraient la plus grande partie des tropiques actuels. Cependant, par la suite, et jusqu’il y a environ 2 millions d’années, les températures étaient bien plus élevées qu’elles ne le sont aujourd’hui. Pendant toute l’ère secondaire, la précipitation globale moyenne était bien inférieure à ce qu’elle est actuellement, puis elle a connu un pic entre 60 et 30 millions d’années. À partir de là elle a varié autour des valeurs actuelles.

Au cours du dernier million d’années, le climat de la Terre a été caractérisé par des périodes de temps froid durant lesquelles les glaciers continentaux couvraient de vastes surfaces. L’eau ainsi piégée ne se trouvait plus dans l’océan, dont le niveau baissait d’autant. Chacune de ces périodes froides durait entre 80 000 et 100 000 ans et était entrecoupée de phases plus brèves de temps plus chaud, de 10 000 à 15 000 ans chacune. Au dernier maximum glaciaire, il y a environ 18 000 ans, le niveau des océans était inférieur de 130 mètres à ce qu’il est aujourd’hui. À cette époque, les Bahamas étaient une énorme masse de terres émergées et la région sahélienne de l’Afrique était un désert. Les glaciers continentaux ont commencé à se retirer il y a à peu près 10 000 ans. Il y a environ 6 000 ans, alors que les glaciers étaient encore en phase de retrait, la Terre est entrée dans une période durant laquelle les températures moyennes étaient à peu près égales à celles d’aujourd’hui, mais avec des étés légèrement plus chauds et des hivers plus froids. Les précipitations ont alors augmenté dans le Sahel africain et le niveau du lac Tchad est monté jusqu’à plus de 40 mètres au-dessus de celui d’aujourd’hui. Les plaques de glace ont continué à se retirer vers le nord, le Sahel est redevenu une région à faible pluviosité et ses zones septentrionales ont été envahies par le désert du Sahara. À cette échelle de temps, nous sommes dans une phase de retour à une période glaciaire.

À une échelle de temps qui nous est plus familière, celle de quelques siècles, le climat et la pluviosité ont aussi varié. En effet, d’après les données historiques, au cours des 1 100 dernières années la Terre a connu des variations climatiques, du moins à l’échelon régional, suffisamment stables et d’assez longue durée pour être considérées comme des changements climatiques. Durant le Moyen Age, un climat chaud, qui a duré à peu près de 900 à 1 200, a dominé la plus grande partie de l’Europe ; il a été appelé Optimum médiéval. Cette période a permis à l’homme de s’installer dans des régions qui seraient aujourd’hui considérées comme trop rudes sur le plan climatique. Durant l’Optimum médiéval, on cultivait l’avoine et l’orge en Islande et des fraises sur le territoire de l’actuelle Alsace. Les forêts canadiennes s’étendaient beaucoup plus loin vers le nord qu’aujourd’hui, les colonies agricoles prospéraient dans les hautes terres du nord de l‘Écosse et des colonies vikings étaient établies au Groenland – d’où son nom de Terre verte. L’Optimum médiéval s’est terminé au XIII° siècle et a été suivi par six siècles de refroidissement prononcé. Le froid s’intensifiant, cette période est connue sous le nom de Petit Age glaciaire.

La couverture de neige et de glaciers n’avait jamais été aussi étendue depuis le Pléistocène. Les colonies Vikings du Groenland de 985 à 1 500 après J.C. ont disparu. Les forêts d’Amérique du Nord se sont rétractées vers le sud et, dans le nord de l’Europe, les canaux étaient souvent gelés pendant tout l’hiver, bloquant les transports par voie d’eau. La moitié des tableaux de Bruegel, comme le Trebuchet, avec ses patineurs sur une rivière, représentent la neige ou la glace. Lorsque le Petit Âge glaciaire relâche son emprise sur le climat de l’Europe, au milieu du XIX° siècle, on observe une tendance au réchauffement dans les deux hémisphères.

Patrick de Wever. De l’eau et des hommes. Éditions de Monza 2011

Et au fait, quid de la salinité de l’eau de mer ?

Les fleuves venant se jeter dans les océans, on peut raisonnablement imaginer que la salinité de ces derniers provient de la concentration par évaporation des eaux douces continentales. Or les eaux continentales renferment essentiellement des ions bicarbonate HCO3, calcium Ca2+ et potassium K+ alors que la chimie des eaux salées est largement dominée par les ions chlorure Cl- et sodium Na+. Impossible donc de fabriquer de l’eau de mer par simple concentration d’eaux douces continentales !

L’origine de la salinité de l’eau de mer s’inscrit dans le cadre plus vaste de l’évolution des océans. Les plus anciennes roches sédimentaires déposées en milieu marin sont âgées d’environ 4 000 m.a. Les premiers océans, pas nécessairement ceux que nous connaissons aujourd’hui – se sont donc formés dans l’intervalle 4 600 (âge de la formation de la Terre) – 4 000 m.a. Ils sont très anciens. L’eau originelle provenait pour une petite part du dégazage de la jeune Terre chaude et visqueuse, via les premières éruptions volcaniques et pour l’essentiel des apports de pluies de météorites échappées de la ceinture des astéroïdes et nombreuses en ces temps anciens. Il s’y ajoutait certainement la contribution des comètes, grosses boules de neige sale. Ces affirmations s’appuient notamment sur la composition de l’eau exprimée au travers de celle de son rapport isotopique deutérium/hydrogène. Celui-ci est très voisin de celui des chondrites carbonées, une variété de météorites riche en eau.

L’eau primordiale, qui a alimenté les jeunes océans, provenait donc essentiellement des météorites et accessoirement du manteau terrestre et non, comme le bon sens le suggérerait, de l’écorce terrestre superficielle. En effet celle-ci semble incapable de fournir les stocks d’ions chlorure, bromure, et sulfure contenus dans l’eau de mer, ni même la totalité des sels.

Venons-en à la salinité proprement dite des océans jeunes et actuels. Les éruptions volcaniques, et rappelons que le volcanisme sous-marin représente 80 % du magmatisme terrestre actuel, ont apporté, à côté de la vapeur d’eau, du dioxyde de carbone CO2, des chlorures et des sulfates. Il s’y ajoutait la contribution des sources hydrothermales, encore appelées fumeurs noirs, éparpillées le long des dorsales océaniques, qui enrichissaient l’eau de mer en cuivre, nickel, chrome, manganèse, calcium, baryum, lithium… À cela il faut ajouter la contribution des eaux continentales, évoquée en introduction.

L’analyse chimique des roches sédimentaires marines suggère que, depuis 4 000 m.a. la composition des océans a peu varié. Or les rivières déversant annuellement dans les océans 2,5  X 10⁹ tonnes de matières dissoutes, leur salinité devrait croître régulièrement. Cela ne se vérifie pas. Un équilibre s’établit entre les apports, principalement celui des fleuves et le soutirage représenté par les précipitations et la sédimentation marine. Examinons la nature des dépôts océaniques :

La silice, le calcium, et le phosphore sont utilisés par de nombreux animaux marins pour bâtir leurs coquilles et/ou leurs squelettes ; ainsi une partie des formations carbonatées marines du globe contient des restes de fossiles : elles sont d’origine biogénique.

Du potassium, sodium et magnésium se combinent avec des oxydes de silice et d’aluminium, SiO2 et Al2O3, pour former une grande variété de silicates, notamment les nombreux minéraux argileux.

La salinité de l’eau de mer résulte donc de la conjonction de plusieurs phénomènes :

• l’apport de matières dissoutes variées provenant du lessivage des sols et des roches du continent ;
• les apports du volcanisme sous-marin concentré le long des dorsales océaniques ;
• les prélèvements des organismes marins construisant leurs coquilles et squelettes ;
• les prélèvements nécessaires à la formation de minéraux, notamment les minéraux silicates argileux ;
• les prélèvements opérés par des précipitations locales d’évaporites (roches constituées principalement de chlorures et sulfates de potassium, sodium et magnésium) lorsque l’eau de mer est sursaturée.

La résultante est une eau océanique contenant en moyenne 35 grammes de sels au litre. Mais attention ! Il faut bien distinguer le sel (NaCl ou chlorure de sodium), il y en a environ 30 grammes dans un litre d’eau de mer, et les sels responsables de la salinité de l’eau de mer voisine de 35 grammes au litre et composée, par ordre d’importance, par les anions Cl- (chlore), SO4 (sulfate) et HCO3 (bicarbonate) et les cations Na+ (sodium), Mg2+ (magnésium), Ca2+ (calcium) et K+ (potassium).

L’eau de mer n’est pas uniformément salée. La salinité varie généralement entre 30 g/1 (Atlantique Nord) et 40 g/1 (mer Morte). Elle confère à l’eau de mer une masse spécifique moyenne de 1,025 g/ml supérieure d’environ 2,5 % à celle de l’eau douce. Ainsi, autour du Groenland et de l’Antarctique les eaux superficielles tendront à être moins salées et plus légères, alors qu’en Méditerranée les fortes évaporations conduiront à des eaux plus salées et plus lourdes. Ces particularités influeront grandement sur la circulation océanique.

Enfin, sur les côtes françaises de l’Atlantique, en face des embouchures de la Loire et de la Gironde, d’énormes bulles d’eau douce ou saumâtre, aux contours irréguliers, pouvant atteindre une centaine de kilomètres de diamètre, pénètrent l’océan jusqu’à une centaine de kilomètres des côtes. La localisation de ces eaux douces d’origine fluviale, riches en matière organique et en sels minéraux, est vitale pour la pêche. Le plancton s’y développe rapidement attirant les poissons, et notamment les bancs d’anchois et de sardines.

Terminons par une curiosité chimique. Pour obtenir du sel de table, on évapore de l’eau de mer. Lors de cette évaporation le premier sel à précipiter n’est pas, comme on pourrait le croire le chlorure de sodium, NaCl, de loin le plus abondant, mais le carbonate de calcium CaCO3, puis le sulfate de calcium CaSO ou gypse déshydraté. Le chlorure de sodium ne précipitera que lorsque 90 % de l’eau de mer seront évaporés. L’ordre de précipitation des sels dépend de leur plus ou moins grande solubilité – les moins solubles vont précipiter les premiers – et non de leur relative abondance dans l’eau de mer.

Roland Trompette, Daniel Nahon. Science de la Terre, Science de l’Univers. Odile Jacob 2011

Vers 1660, le physicien et chimiste anglo-irlandais Robert Boyle (1627-1691) étudie des échantillons d’eau de mer prélevés par des capitaines à différentes profondeurs au travers de l’Atlantique. Il établit clairement que, contrairement à ce que l’on pensait jusqu’alors, les eaux marines ne sont pas constituées d’une couche superficielle salée recouvrant de l’eau douce profonde. Ce n’est que vers 1770 que le chimiste français Antoine Laurent de Lavoisier (1743-1794) parvient à analyser des prélèvements de l’eau de la Manche et à en isoler le chlorure de sodium et quatre autres composants. Aujourd’hui, les géologues et les chimistes s’accordent à penser que la salinité, ou salure, des mers est due principalement aux phénomènes de dégazage, de volcanisme, d’attaque acide des roches et de dissolution de gaz atmosphériques qui façonnaient la Terre à l’époque de sa formation. Cette hypothèse a néanmoins été récemment remise en cause : contrairement à ce que les géologues admettaient jusqu’à la fin des années 1990, la salinité a fortement varié au cours des temps géologiques. Elle n’a donc pas été héritée de l’époque de la formation de la Terre. On estime désormais que la salinité de l’eau de mer est déterminée par la vitesse à laquelle se forme le nouveau plancher des océans (selon l’axe des dorsales océaniques).

Yves Gautier. Histoire des sciences de l’Antiquité à nos jours. Tallandier 2005

En 2014, Rosetta nous apportera quelques précisions sur l’eau qu’on trouve sur l’astéroïde 67P/Tchourioumov-Guérassimenko  :

Dans l’H2O de l’eau, les hydrogènes, symbolisés par un H, ne sont pas tous exactement les mêmes. Ces atomes ont en effet des cousins, appelés isotopes, deux fois plus lourds, les deutérium, symbolisés par la lettre D. Ceux-ci peuvent remplacer un hydrogène léger pour former des molécules apparentées à l’eau, comme HDO. Dans nos mers, on pèche trois atomes lourds sur 10 000  molécules d’eau. Mais sur Tchouri, c’est trois fois plus, selon les chercheurs.

Cette mesure du ratio de deutérium par rapport à l’hydrogène – D/H – dans l’eau est l’un des résultats les plus fondamentaux de la mission, dont c’était l’un des objectifs majeurs, rappelle Olivier Mousi. Ce résultat écarte probablement l’hypothèse que les comètes ont apporté l’eau sur Terre. Celle-ci a pu arriver à la suite d’un bombardement d’astéroïdes plutôt que par des comètes, a expliqué Kathrin Altwegg.

Il est vrai que jusqu’à présent, les mesures concernant des astéroïdes, ou tout du moins des météorites récupérées sur Terre, ne montrent pas de différence dans la composition de leur contenu en eau avec celle des océans.

Les astéroïdes sont des corps orbitant plus près de la Terre que les comètes ; les premiers étant au-delà de l’orbite martienne, les secondes, comme Tchouri, stationnant généralement bien au-delà de celle de Neptune. Ils sont également moins actifs, leur noyau, qui contient moins de glace, ne dégazant pas son eau comme le font les comètes. C’est lors de la période dite du grand bombardement, que, 800  millions d’années après le début de la formation du système solaire, des astéroïdes seraient tombés en grand nombre sur Terre.

Exit donc les comètes comme source principale d’eau pour la Terre. Mais pas comme source de mystère. Ce résultat n’est en effet pas compatible avec des mesures publiées en  2011 sur une autre comète de la même famille que Tchouri, Hartley-2. Cette dernière a aussi peu de deutérium que les océans terrestres – trois fois moins que trouvé aujourd’hui par Rosetta !

Certes, les techniques utilisées ne sont pas identiques. Hartley-2 a été étudiée à l’aide du télescope spatial Herschel qui repère la couleur du gaz émis à des millions de kilomètres de distance. Alors que la composition de l’eau de Tchouri a été déterminée par une balance électronique : les molécules sont comptées en fonction de leur masse, à moins de cent kilomètres de la cible. On ne peut que constater que pour l’instant, la composition en eau d’une même comète n’a pu être mesurée par deux instruments différents, rappelle Dominique Bockelée-Morvan, qui a travaillé avec Herschel et est impliquée dans Rosetta au sein du Laboratoire d’études spatiales et d’instrumentation en astrophysique à Paris.

Mais l’explication la plus plausible est que les astronomes doivent réviser leurs modèles. Bien que les deux comètes aient des orbites assez semblables et des voyages courts autour du Soleil, elles ne se seraient pas formées au même endroit autour du Soleil. La première sans doute plus près de l’étoile que la seconde.

Les théories prévoient en effet que les processus chimiques échangeant le deutérium en hydrogène dépendent de la distance au Soleil, l’enrichissement étant plus fort loin de l’étoile. Ensuite, une histoire gravitationnelle compliquée les aurait en quelque sorte rapprochées. Ces événements ou d’autres expliqueraient aussi qu’à l’inverse, des comètes d’orbites bien plus lointaines comme celle de Halley, ont des rapports deutérium sur hydrogène intermédiaires entre Hartley-2 et 67P/Tchourioumov-Guérassimenko !

David Larousserie. Le Monde 12 12 2014

Le progrès des télescopes, qu’ils soient terrestres ou spatiaux, permet évidemment des découvertes de plus en plus éloignées : en 1990, les télescopes terrestres permettaient de découvrir jusqu’à 7.8 milliards d’a.l. [a.l. : année-lumière, soit 9 460 milliards de kilomètres]. À partir de 1995, avec Hubble et ses différents perfectionnements, on est passé de 12.3 milliards d’a.l. à 13.6 milliards d’a.l. avec la découverte de la Galaxie GN-z11. [4]

En 2021, les télescopes terrestres programmées : ELT – Extremely Large Telescope – est en construction au Chili -, avec un miroir six fois plus grand que le JWST [James Web Space Telescope], télescope spatial qui devrait être lancé en octobre 2021, avec un miroir de 6.5 mètres quand celui de Hubble est de 2.4 mètres.

Pour la tradition arabe, ces histoires-là sont trop compliquées et ils préfèrent croire qu’au début les eaux étaient douces, et, lorsque que les hommes se sont mis à naviguer, ce sont les larmes des veuves de marins qui ont salé la mer.

L’atmosphère terrestre est essentiellement composée d’eau : 80 % et des gaz évacués par les volcans : 12 % de gaz carbonique, 5 % d’azote, les 3 % restant en oxygène, méthane, ammoniaque, et autres gaz acide de type sulfure d’oxygène tout aussi peu favorables à la vie, – dans les conditions où elle s’exerce de nos jours -. Ce 1 % d’oxygène ne suffit pas à créer une couche d’ozone, et donc la terre reçoit en totalité les ultraviolets. Orages, éclairs, volcans, nombreuses météorites … ainsi passaient les jours, ainsi passaient les nuits.

ARCHÉEN, de 4 à 2,5 milliards d’années [5]

La grande aventure de la vie sur Terre

 2. De 3.8 à 3.5 milliards d’années, apparaissent au fond des océans les premières brique de la vie. 

Après le vaisseau Terre apparaît son premier passager : la cellule. La vie dans sa plus simple expression ! Mais déjà dotée d’une excellente capacité à maintenir son intégrité dans un milieu fluctuant, d’une machinerie pour se fournir en énergie et, surtout, du pouvoir de se répliquer. Une apparition que les scientifiques – il y a consensus – attribuent… au hasard. Quelque part près de sources hydrothermales sous-marines, sortes de geyser situés au fond des océans, où tous les ingrédients auraient été réunis : des molécules précurseurs de l’ADN s’y seraient retrouvées encapsulées dans une enveloppe de lipides avec l’équipement nécessaire à leur subsistance. À côté des espèces ayant prospéré à l’époque, dont nous ne savons rien, les plus vieilles représentantes du vivant connues sont des cyanobactéries – des unicellulaires capables de photosynthèse. Des fossiles minéralisés en ont été découverts en Australie. Des structures similaires, âgées de 4.1 milliards d’années, pointeraient vers une origine encore plus précoce de la vie.

William Rowe-Pirra.  Sciences et Avenir n° 208 de janvier à mars 2022

La vie sur Terre est née dans les océans. Reste à savoir quand et où. La découverte de structures tubulaires et filamenteuses dans des roches canadiennes vieilles d’au moins 3,77  milliards d’années offre de nouveaux indices pour mieux cerner les conditions de son apparition. Décrites dans la revue Nature du 2  mars 2017, ces formes microscopiques sont présentées par l’équipe internationale qui les a étudiées comme les plus anciens microfossiles connus.

Notre découverte renforce l’idée que la vie a émergé de sources hydrothermales chaudes au fond des océans, peu de temps après la formation de la Terre – il y a environ 4,5  milliards d’années – . Cette apparition rapide concorde avec d’autres indices, comme la découverte récente de formations sédimentaires vieilles de 3,7  milliards d’années, qui auraient été créées par des micro-organismes, souligne le thésard Matthew Dodd (UCL, London Centre for Nanotechnology), premier signataire de l’article dans Nature. Cette même revue, en septembre  2016, avait annoncé la découverte au Groenland de ces stromatolites, des structures sédimentaires attribuées à l’activité de matelas de colonies bactériennes.

Les stromatolites ne sont pas à proprement parler des fossiles : ces formations résultent de l’activité de bactéries, dont la trace directe n’a pas subsisté. En revanche, la nouvelle découverte porte sur les restes de micro-organismes eux-mêmes, fossilisés dans la roche. En l’occurrence, celle de la ceinture de roches vertes de Nuvvuagittuq, située sur la côte est de la baie d’Hudson, au Québec. En  2008, les plus anciennes de ces roches ont été datées à 4,3  milliards d’années (et au minimum à 3,77  milliards d’années), ce qui en fait les plus vieilles connues.

Les microfossiles se présentent sous plusieurs formes, tubes et filaments, faits d’hématite, que l’on retrouve chez des microbes peuplant aujourd’hui encore le fond des océans, à proximité des fumeurs, ces cheminées hydrothermales, qui exhalent des eaux chargées en nutriments, assurent la subsistance d’oasis de vie sous-marine. Ces tubes et filaments seraient des assemblages de cellules individuelles.

La démonstration ne convainc cependant pas Kevin Lepot, de l’université Lille-1, pour qui les fossiles décrits pourraient tout aussi bien être des microlithes, des structures géologiques issues d’un refroidissement rapide du magma. Je favoriserais une interprétation non biologique des objets étudiés, avance le chercheur, pour qui l’étude de Nature ne permet pas d’exclure leur origine volcanique.

Pascal Philippot, de l’Institut de physique du globe de Paris, est, lui, plus convaincu par la nouvelle étude que par celle publiée en septembre décrivant les stromatolites. Le système de Nuvvuagittuq contient des roches sédimentaires dont l’ancienneté n’est pas contestée, rappelle-t-il. Il est toujours difficile de prouver une origine biologique avec des critères purement minéralogiques, mais les auteurs en présentent un certain nombre qui vont dans le bon sens.

Hervé Morin. Le Monde du 3 03 2017

3.7 milliards.

Une molécule acquiert le pouvoir de se dupliquer : l’ADN, et c’en est fini de la  bouillie des océans, (dixit Hubert Reeves) et de l’anarchie permanente caractérisée principalement par l’instabilité : les premières traces de vie apparaissent : des bactéries, à cellule procaryote (pas de noyau, division cellulaire par scissiparité, pas d’organites subcellulaires, paroi glycoprotéïque, pas de cytosquelette), au fond des mers, dans des stromatolites fossilisés en Australie : c’est probablement la combinaison des acides aminés des sources hydrothermales – qui libèrent une multitude de gaz et de micrométéorites qui a crée ces bactéries. On a un début de photosynthèse, anaérobie, c’est à dire, sans production d’oxygène, produisant des sucres. L’ADN est nécessaire pour une reproduction à l’identique, mais aussi pour gérer toute l’existence de la cellule, dont la synthèse des protéines, sans laquelle la vie n’est pas possible. C’est le début de la phase sédimentaire de la Terre. Ces premiers organismes microscopiques peuvent se contenter de peu d’oxygène, lequel se diffuse directement à travers leur paroi. Les associations de procaryotes donnent des filaments.

Avant le début de l’ère primaire, la Terre n’était qu’un seul continent, aujourd’hui nommé Rodinia, entièrement recouvert de glace : on a retrouvé en Australie des roches de 700 m.a. érodées par la glace, dont l’empreinte magnétique prouve qu’elles étaient alors proches de l’équateur. En 2011, un chercheur américain avancera la date de 3 milliards d’années pour les premiers frémissements de la tectonique des plaques. Cela ne signifie nullement la mise en place des actuelles lignes de fracture, de conduction ou de subduction, puisque pendant des millions d’années, les continents n’ont cessé de se constituer, puis de se fragmenter pour à nouveau se reconstituer et ainsi de suite… Il s’agit de la mise en place d’un type précis de transformation de la croûte terrestre, qui donnera lieu à de multiples continents, souvent nommés cratons avant de parvenir aux pourtours que nous connaissons actuellement, et qui, eux-mêmes continuent à évoluer.

Les glaciations réduisent les surfaces des mers et intensifient de ce fait la lutte pour l’espace vital, faisant disparaître les espèces les plus faibles et laissant ainsi la place à d’autres, mieux adaptées.

Des géologues australiens découvriront en 2016 au Grœnland des traces d’une activité microbienne remontant à 3,7  milliards d’années, soit 200 millions d’années de plus que les records précédents trouvés dans des roches d’Australie ou d’Afrique du Sud. Et 800 millions d’années environ seulement après la formation de la planète.

Ces formes très particulières se trouvent dans la ceinture de roches vertes d’Isua, une île située au sud-ouest du Grœnland, des structures géologiques dont l’âge avancé a été déterminé par datation isotopique. Le trésor ne mesure que quelques douzaines de centimètres, gravé sur une surface de deux mètres de large. Il a la forme d’une succession de cônes pointus et de bosses écrasées marron, posés sur une sorte de mille-feuille bleuté ; l’ensemble étant recouvert à nouveau de couches de roche irisée.

Les spécialistes parlent de stromatolites et imputent ces formes à des micro-organismes. Ces derniers, en modifiant leur environnement proche, favorisent la précipitation de fines pellicules de carbonates (de la famille du calcaire), qui au fil du temps se superposent et forment ces structures, que l’on retrouve aussi dans les récifs coralliens. Les stromatolites ne sont donc pas à proprement parler des fossiles, qui enregistrent, eux, directement la forme des organismes.

Ces microbes anciens sont loin d’être aussi complexes que les coraux. Il faut les voir plutôt comme formant une sorte de tapis gluant organique, déposé dans des étendues d’eau peu profondes. Leur métabolisme les rendait capables d’assimiler le CO2 de l’atmosphère, gaz plus abondant à l’époque, pour le transformer en carbonate.

Ces cellules primitives n’avaient sans doute même pas besoin de l’énergie solaire, c’est-à-dire de la photosynthèse, pour réaliser ces réactions chimiques. Ces stromatolites sont créés par des colonies de micro-organismes. Dans ces temps reculés, il y avait donc une sorte de collaboration. La vie avait déjà une longue histoire ! estime Allen Nutman, repoussant donc potentiellement plus loin dans le temps l’arrivée d’une première cellule vivante sur Terre.

La communauté scientifique a mis en fait des années à se mettre d’accord sur les critères à étudier pour savoir si des stromatolites sont d’origine biologique ou non.

De telles formes peuvent en effet apparaître naturellement, sous l’effet de plissements de terrain sédimentaires, par exemple. Un de ces critères consiste à regarder au microscope les bosses et à repérer de fins feuillets à l’intérieur. Ils sont bien présents dans ces roches du Grœnland, comme dans celles plus jeunes  d’Afrique du Sud ou d’Australie.

C’est un indicateur biologique puissant, même si ces feuillets sont moins visibles que ceux trouvés précédemment en Australie, reconnaît Kevin Lepot, enseignant-chercheur à  l’université de Lille, qui a expertisé d’autres stromatolites.

Dans l’article de Nature présentant la découverte, Abigail Allwood, de la NASA, qualifie les implications de cette découverte de stupéfiantes. Avec son regard affûté, elle relève aussi que les sédiments semblent s’être déposés entre les bosses, un autre indice en faveur d’une origine biologique.  Mais cela n’empêchera pas les controverses, prévoit celle qui, au milieu des années 2000, a fortement contribué à clarifier l’origine des stromatolites âgés de 3,4  milliards d’années.

Pascal Philippot, de l’Institut de physique du globe de Paris, note aussi que ces stromatolites grœnlandais sont seulement présents sur une très courte distance, alors que, en Australie, par exemple, ils courent sur plusieurs centaines de kilomètres.

Ironie de l’histoire, Allen Nutman avait déjà annoncé en  1996 avoir trouvé une trace de vie à  3,7  milliards d’années dans des roches d’une autre région du Grœnland et sans rapport avec les stromatolites. Dix ans plus tard, il était revenu sur son hypothèse. Avant donc, par une autre preuve, de renfoncer le clou. Nous pensons avoir de bonnes preuves. Chacun peut les regarder et les étudier, estime le chercheur.

Pour gagner en certitude, il faudrait trouver d’autres stromatolites, ce qu’espère l’équipe si elle obtient les financements pour de nouvelles expéditions.

En revanche, il n’y a guère d’espoir de dénicher des indices prouvant plus directement l’origine biologique, comme l’équipe de Kevin Lepot et Pascal Philippot avait pu le faire en  2008 sur les stromatolites australiens âgés de 2,7 milliards d’années. Ils avaient découvert de petits globules de matière organique associés à des nanocristaux de carbonate de calcium, impossibles à fabriquer par des processus physico-chimiques. Malheureusement, l’histoire des roches du Grœnland s’oppose a priori à une telle trouvaille.

Les roches du Groenland sont métamorphiques – elles ont été enfouies sous des kilomètres d’autres roches et sous des chaînes de montagnes, faisant grimper leur température à plus de 500 degrés Celsius, avant d’être déformées par divers mouvements de terrain. Elles ont fini par revenir en surface, mais ces processus ont modifié irrémédiablement leur composition chimique.

Reste que ce saut dans le temps de 200 millions d’années est un horizon que bon nombre de chercheurs avaient déjà en tête. Il prouve que la vie a pu apparaître très tôt sur Terre, dans des conditions difficiles, avec une atmosphère dépourvue d’oxygène, un bombardement intense de météorites, un rayonnement solaire destructeur…

David Larousserie. Le Monde du 2 09 2016

L’hypothèse d’une origine de la vie au fond des océans refait surface. Une équipe française de l’Institut de physique du globe de Paris (IPGP), du Laboratoire de géologie de Lyon et du synchrotron Soleil a en effet mis la main sur une molécule-clé du vivant, mais non fabriquée par des organismes biologiques, comme elle l’explique dans Nature du 8 novembre 2018.

Cela pourrait compléter ou remplacer l’autre scénario selon lequel cette cuisine aurait pu avoir lieu loin de la Terre, dans les comètes ou astéroïdes qui, en tombant sur la planète, auraient apporté les précieuses molécules.

Parmi celles-ci se trouvent les acides aminés, briques élémentaires pour élaborer des protéines. Et c’est l’un d’eux, le tryptophane, que les chercheurs ont trouvé au fond d’un chaudron océanique, chauffé à environ 100° et situé à 170 mètres dans la croûte terrestre, dans l’Atlantique Nord. L’endroit a été découvert par hasard en 2000, à mi-chemin entre la Floride et l’Afrique, au sommet d’une montagne de 4 000 mètres d’altitude, le massif Atlantis, près de la dorsale médio-atlantique, à près de 800 mètres de profondeur. Il a été baptisé Lost City, la cité perdue, car il est hérissé de cheminées blanches de plusieurs dizaines de mètres de hauteur, évoquant des constructions abandonnées.

À l’époque, première surprise, des flux abondants d’hydrocarbures, comme du méthane, sont détectés. Ils résultent de la dissociation de l’eau de mer, en contact avec une roche riche en fer, en silicium, en magnésium… qui est remontée du manteau supérieur. L’hydrogène dégagé réagit alors avec le CO₂ pour produire les hydrocarbures.

Puis une vie florissante, profitant notamment de l’hydrogène dégagé, est démasquée. Nous voulions étudier ces populations, et notamment savoir jusqu’à quelle profondeur dans la croûte ces micro-organismes persistent, explique Bénédicte Menez, de l’IPGP. C’est là que nous avons été surpris de trouver du tryptophane d’origine non biologique.

Plusieurs techniques ont servi pour identifier cette molécule à onze atomes de carbone, deux d’azote et d’oxygène, coincée dans des pores microscopiques de la roche issue d’un carottage effectué en 2004. L’une consiste à éclairer en ultraviolet les échantillons et à enregistrer la lumière émise par fluorescence, dans l’ultraviolet. La réponse signe les molécules. Une autre, dite de spectrométrie de masse, a permis d’identifier des morceaux caractéristiques de cet acide aminé.

Enfin, l’absence d’autres résidus biologiques, comme des sucres ou des lipides, a convaincu les chercheurs que cette molécule complexe n’avait pas été élaborée par un micro-organisme, mais bien par une réaction chimique, dont ils proposent en outre le mécanisme.

La cité perdue réunit en effet les bonnes conditions. D’abord, un catalyseur solide riche en fer, ce qui est le cas des minéraux de la roche étudiée. Ensuite, de l’hydrogène, qui abonde car, on l’a vu, il est produit par la dissociation de l’eau au contact du manteau. Puis il y a besoin de carbone, matériau abondant qui, sous forme de carbonate, donne la couleur blanche aux cheminées. Enfin, une température pas trop élevée et un milieu alcalin sont nécessaires. Une fois ces ingrédients réunis, la recette conduit à la synthèse d’un produit intermédiaire, lui aussi retrouvé dans les échantillons. Puis au tryptophane lui-même. Ce dernier, l’un des vingt acides aminés utilisés dans la synthèse des protéines, est également un intermédiaire pour fabriquer d’autres molécules, comme, chez l’homme, des sucres.

Le scénario alternatif, privilégiant le fond des océans, est donc en place.

David Larousserie. Le Monde 20 novembre 2018

3.5 milliards.

La croûte et le manteau de la planète Mars basculent du nord vers le sud : elle est alors âgée d’un milliard d’années. Cette rotation est d’environ 20 à 25 degrés de latitude, soit un mouvement de plus de 1 400 kilomètres.

C’est comme si la chair d’un abricot tournait autour de son noyau.

Ce basculement est différent d’autres chamboulements comme l’inversion des pôles magnétiques d’une planète ou la modification de l’axe de rotation de la planète sur elle-même. Celle-ci a d’ailleurs déjà eu lieu pour Mars, sur une plus grande amplitude, il y a quelques millions d’années seulement, entraînant des changements climatiques majeurs.

Ici, il s’agit d’un effet de gravitation dû à un surpoids colossal qui a commencé il y a environ 3,7  milliards d’années  avec la naissance du dôme dit Tharsis.

Ce point chaud a accumulé pendant des centaines de millions d’années d’énormes quantités de lave, provoquant une excroissance atteignant 5 000 kilomètres de diamètre et 12 kilomètres d’épaisseur. Un bubon géant d’une masse équivalant à 1/70° de celle de la Lune. Cette région est traversée aujourd’hui par l’équateur martien.

À son voisinage se trouve la plus haute montagne du système solaire, Olympus Mons, qui mesure plus de 21  kilomètres d’altitude. En l’absence de tectonique des plaques comme sur Terre, cette énorme concentration de matière a déformé la croûte et modifié son équilibre gravitationnel, entraînant le basculement.

Les chercheurs ont calculé la position du pôle Nord de Mars en remettant la chair de l’abricot à sa place, c’est-à-dire en calculant sa nouvelle position d’équilibre en l’absence de Tharsis. Ils ont alors trouvé au nouveau pôle un point autour duquel des observations antérieures avaient indiqué la présence de glaces souterraines. Comme attendu pour un vrai pôle glaciaire.

D’autre part, ils ont analysé la répartition et l’orientation des restes de vallées fluviales martiennes. Aujourd’hui, celles-ci sont localisées sur une bande d’environ 2 000 kilomètres de large située dans l’hémisphère Sud. En décalant cette zone d’une vingtaine de degrés vers le nord, elle se trouve alors au niveau d’une zone tropicale sous-équatoriale. Or, justement, des simulations du climat martien prévoient une accumulation de précipitations (pluie, neige, glaces) au niveau d’une telle bande (un peu comme pour les tropiques terrestres). L’hypothèse du basculement remet donc en quelque sorte les choses à l’endroit.

Enfin, l’analyse des rivières change aussi la vision commune de l’histoire de la Planète rouge. Les chercheurs ont en effet montré que celles-ci  coulent majoritairement du sud vers le nord, même en l’absence du renflement de Tharsis. Cela est dû aux différences d’altitude de quelque 6 kilomètres en moyenne entre les deux hémisphères. Beaucoup pensaient jusque-là que l’apparition de Tharsis avait précédé la création de cours d’eau. En fait, les deux phénomènes, volcanisme et précipitations, sont probablement contemporains. Ce qui augmente la durée de la période pendant laquelle l’eau se trouvait à l’état liquide et donc les chances d’apparition de la vie.

Il y a deux planètes Mars, souligne François Forget, directeur de recherches au CNRS. Aujourd’hui, elle est aride, froide, quasiment sans atmosphère. Hier, il y a plus de 3,5  milliards d’années, à l’époque de l’apparition de la vie sur Terre, elle était propice à la présence d’eau liquide. Ces travaux fournissent une nouvelle carte de cette époque-clé. Mais l’enquête n’est pas finie, ajoute-t-il, car il nous faut comprendre pourquoi de l’eau liquide a pu apparaître dans un climat froid. Il nous faut quelque chose pour le réchauffer.

David Larousserie. Le Monde du 5 mars 2016

vers 3 milliards

Un astéroïde géocroiseur (NEO, de l’anglais Near Earth Object : objet du système solaire que son orbite autour du Soleil mène au voisinage de la Terre), s’écrase par 65°15’ N, 51°50’ O, à l’emplacement de l’actuel Maniitsoq, au sud de la côte ouest du Groënland.

Une région d’une centaine de km de large […] centrée sur 65°15′N, 51°50′W près de la ville de Maniitsoq dans l’Ouest du Groenland comprend un ensemble de formations géologiques inhabituelles créées au cours d’un unique événement impliquant une intense compression et un chauffage. Il n’est pas compatible avec des procédés orogéniques de la croûte terrestre. Les éléments de la structure de Maniitsoq actuellement exposés étaient enfouis à 20-25 km sous la surface lorsque l’événement a eu lieu il y a 3 milliards d’années.

Earth and Planetary Science Letters, vol. 337–338, ‎1° juillet 2012

2.4 milliard              Un astéroïde s’écrase par 63° 7’ N, 33°23’E : c’est dans l’actuelle Carélie, au nord-est de Saint Petersburg ; le lac Suavjärvi, d’une largeur d’environ 3 km, viendra occuper le centre du cratère de 16 km de diamètre.

PROTÉROZOÏQUE 2,5 milliards à 541 millions d’années.

ère géologique : Sidérien : 2.5 milliards à 2.3 milliards d’années.

La grande aventure de la vie sur Terre

3. Il y a 2.4 milliards d’années, la Grande Oxydation. 

Déjà un milliard d’années que les cyanobactéries, véritables usines de photosynthétiques, dégradent les molécules de dioxyde de carbone (CO²), conservent le carbone (C) et rejettent le dioxygène (O²) dans leur environnement. Le fer présent dans les océans capture ce gaz et réagit avec lui pour former des minéraux. Mais rien n’est éternel, et, une fois le fer épuisé, le dioxygène va se répandre dans l’atmosphère. Cette crise écologique change le visage de la Terre à jamais ! Toxique pour la plupart des organismes, le dioxygène précipite l’extinction d’innombrables espèces puis, en réagissant avec le méthane déjà présent dans l’atmosphère, engendre une glaciation – dite huronienne – qui durera 300 millions d’années. Enfin, cette grande oxydation entraîne la formation de la couche d’ozone – un bouclier atmosphérique nécessaire contre les radiations venues de l’espace, sous l’égide duquel la vie va pouvoir se diversifier. Et comme le vivant s’adapte, de nouvelle espèces de bactéries et d’archées – autre forme de vie unicellulaire -, à présent dépendantes de l’oxygène, se mettent à prospérer.

William Rowe-Pirra. Sciences et Avenir n° 208 de janvier à mars 2022

2.229 milliards 

Proche de la côte ouest de l’Australie centrale, une météorite s’écrase par 27°10’56 » S, 118°50’04 » E, formant le cratère Yarrabubba, de 30 à 70 km de diamètre. La datation a été faite  à l’uranium et au plomb.

La grande aventure de la vie sur Terre

4.  Entre 2.1 et 1.6 milliard d’années, les eucaryotes apparaissent et avec eux, la sexualité. 

Une nouvelle page se tourne dans l’histoire du vivant avec l’apparition des eucaryotes. Ces cellules sont dotées d’un noyau protecteur contenant leur matériel génétique. Sont-elles issues d’archées ou plutôt de bactéries ? Difficile à dire, mais l’implication d’un processus biologique particulier, l’endosymbiose, ne laisse aucun doute. Celui-ci permet à une cellule d’assimiler un corps étranger en son sein. Or – et c’est ce qui les différencie, outre le noyau, des bactéries et des archées -, des éléments d’origine probablement étrangère, les eucaryotes, en ont à revendre ! On les appelle organites, et ils jouent dans la cellule un ou plusieurs rôles précis. Les mitochondries pour la respiration cellulaire résulteraient ainsi de l’assimilation d’une bactérie par un eucaryote primitif. Une révolution en appelant une autre, cette nouvelle forme de cellule s’accompagne d’une façon inédite de se répliquer : la reproduction sexuée. Le mélange des gènes qui en découlent produit de nouvelles combinaisons : un véritable avantage évolutif face à un environnement en perpétuel changement.

William Rowe-Pirra. Sciences et Avenir n° 208 de janvier à mars 2022

ère géologique : Rhyacien : 2.3 milliards d’années à 2.05 milliards d’années.

2.1 milliards 

En janvier 2008, dans une carrière de grès proche de Franceville, au Gabon, Abdelrazzak El-Albani, chercheur au CNRS, découvre quantité de fossiles, avec une densité de 80/m², dont certains peuvent attendre 12 cm. Leur origine biologique est certaine, ils sont constitués de multiples cellules et leur datation les ferait remonter à 2.1 milliards d’années quand, jusqu’à présent, les premières cellules eucaryotes étaient datées à 1.6 milliards d’années ! La différence est de taille et vient bousculer toute la chronologie jusqu’alors admise par la communauté scientifique. Tout cela est encore trop neuf et exige l’emploi d’un conditionnel prudent.

Il est envisageable que les formes de vie les plus complexes, donc les plus fragiles, aient disparu au profit des organismes les plus archaïques.

Abdelrazzak El-Albani. Le Monde 3 juillet 2010

 […] Six ans plus tard, il n’est plus permis de douter. L’équipe internationale de chercheurs conduite par le géologue Abderrazak El Albani (CNRS de Poitiers), composée d’une cinquantaine de scientifiques et de quelques pointures, vient de confirmer et de préciser, dans la revue spécialisée Plos One, la nature exacte de l’exceptionnelle découverte. Et non seulement il s’agit d’organismes pluricellulaires relativement complexes mais, en plus, ces fossiles gabonais, exhumés dans les argiles de la baie de Franceville – une zone tout à fait exceptionnelle pour la recherche de la vie primitive, car la tectonique des plaques ne l’a pas remodelée -, témoignent de l’existence d’une véritable biodiversité.

Vous avez là des organismes microscopiques de l’ordre de quelques dizaines de microns et des organismes macroscopiques dont la taille varie entre 1 et 17 centimètres. Circulaires, allongés, lobés, cloisonnés, leurs formes sont aussi très variées. Tant et si bien que l’on en a déjà repéré, au moins, huit types différents, explique Abderrazak El Albani, fraîchement débarqué du Gabon avec les plus de quatre cents précieux fossiles dans ses bagages. […] À Franceville ils disposent non seulement de l’empreinte des fossiles mais aussi de leur contre-empreinte : en clair, grâce à l’activité de bactéries, les organismes eux-mêmes ont ici été changés en pierre – pyritisation – et cela permet d’étudier non seulement leur aspect externe mais aussi leur structure interne, tout comme on scrute un cerveau au scanner. Nous pouvons, par exemple, dire que ces organismes étaient de type médusaire, indique le géologue. C’est-à-dire qu’il s’agissait non pas de méduses mais qu’ils étaient, comme elles, mous et gélatineux. On note clairement des plissements flexibles, précise-t-il. Et, grâce à l’étude des roches, les scientifiques sont  également capables de dire que ces organismes composaient il y a très, très longtemps un écosystème marin de faible profondeur, entre 30 et 40 mètres.

Mais alors, comment et pourquoi ce foisonnement de vie, puis plus rien de complexe pendant 1,5 milliard d’années ? Pour les chercheurs, la clé du mystère pourrait résider dans la concentration de l’atmosphère en oxygène. Car les organismes complexes du biotop gabonais sont apparus quelques centaines de millions d’années après une grande glaciation suivie d’une élévation du taux d’oxygène dans l’atmosphère. Selon un scénario très similaire à celui qui a précédé l’apparition des désormais seconds plus vieux fossiles d’organismes complexes, découverts en Australie dans les Monts Ediacara, et datés d’environ 665 millions d’années.

La lessivation des continents sous atmosphère oxydante libère d’importantes quantités de nutriments, note Abderrazak El Albani. La coïncidence troublante devrait donc relancer le débat scientifique sur l’impact de l’oxygène sur le vivant. D’autant que si l’on ne trouve plus trace d’organisme complexe entre ces deux périodes, cela correspond également à une chute brutale de la concentration en oxygène vers – 2 milliards d’années. Voilà qui devrait donner du grain à moudre aux exobiologistes qui cherchent à mieux comprendre l’origine du vivant sur Terre.

Chloé Durant Parenti. Le Point 4 07 2014

Hélas, dix ans plus tard, l’ANR – Agence Nationale de la Recherche – ne sera plus à même de lui fournir les financements nécessaires à ses recherches – pas moins de cinq demandes refusées – et il lui faudra se résigner à voir américains, japonais, norvégiens, se faire une joie de lui passer devant en raflant le bénéfice de ses découvertes.…

Son programme ne manquait pourtant pas d’intérêt :

Elucider les raisons de l’apparition de ces formes de vie multicellulaires et complexes, leur règne de près de 200  millions d’années, puis leur disparition : les gènes de ces organismes ont-ils disparu ou ont-ils été réactivés lors du redémarrage de la vie multicellulaire, plus d’un milliard d’années après ?

ère géologique : Orosirien 2.05 milliards d’années à 1.8 milliard d’années.

2.023 milliards 

Un astéroïde s’écrase sur la terre par 27°00’ S et 20° 37’ E, au sud de l’actuel Parys, sud- ouest de Johannesburg, en Afrique du Sud. Il a un Ø de 10 à 15 km, et s’enfonce jusqu’à 30 km de profondeur. Le cratère ainsi créé fait 300 km de Ø. La ville de Vredefort se posera au milieu du cratère auquel on donner le nom de Dôme de Vredefort.

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[1] Par commodité, le signe moins ~ par rapport à l’an 0, n’a été adopté qu’à partir de ~ 10 000 ans. Pour les temps plus anciens, il ne sert à rien, puisqu’il ne peut y avoir confusion avec le temps présent. Il est aussi utile de savoir que la nouvelle utilisation de AP – avant le présent – qui tend à remplacer le av. J.C. ou ap. J.C. prend comme référence le temps présent, c’est à dire l’an 1950 [parce que c’est l’année de la découverte de la datation au carbone 14], et non l’an 0.

[2] En 2017 une autre théorie de la formation de la lune reprendra une théorie émise dans les années 1970, venant d’un laboratoire israélien, plus complexe : celle de collisions multiples avec des planétoïdes plus petits.

[3] Quantité de mots fantastiques au sein de ce plancton : cocolithophores, diatomées, foraminifères, chaetognathes, radiolaires, appendiculaires, siphonofores, [minces filaments qui peuvent mesurer jusqu’à cinquante mètres de long) phronimes, pyrosomes, porpites. Symbiose, parasitisme, prédation ou photosynthèse, tous les comportements  et les stratégies du monde vivant se retrouvent dans ces flore et faune du monde vivant.

[4] Les milliards d’années sont une unité de temps, une durée, par exemple celle que mettent la lumière émise par une galaxie pour nous parvenir. Pendant cette durée la lumière va à la vitesse de 300 000 km/sec, d’où l’unité de lieu, de distance, qu’est l’année-lumière.

[5] Si l’on contracte l’histoire de la terre en une année, la formation du système solaire se plaçant au 1° janvier à 0 heure et l’an 2000 au 31 décembre à minuit, la vie surgit dès le 23 mars, les premiers êtres multicellulaires seulement le 15 novembre et Lucy, le 31 décembre, en début de soirée…

On peut reprendre encore ce schéma mais, avec comme point de départ le Big Bang où un mois équivaut à 1.15 milliard d’années, une journée à 37.8 millions d’années ; une heure à 1.6 million d’années. Et cela donne : 1° janvier : Big Bang. 15 mars : formation de la voie lactée. 9 septembre : naissance du système solaire. 14 septembre : formation de la terre. 2 octobre : première forme de vie sur terre. 18 décembre : premières plantes terrestres. 25 décembre : dinosaures. 26 décembre :  mammifères. 29 décembre : disparition des dinosaures. 31 décembre, 12 h : apparition des primates, 21 h australopithèque, 23 h 50′ le feu. 23 h 56′ Homo sapiens. 23 h 59′ 35″ L’Agriculture. 23 h 59′ 51″ : L’Alphabet. 23 h 59′ 53″ Jésus-Christ. 23 h 59′ 59″ : la Renaissance

On a plus facilement une idée de la durée géologique en prenant la vitesse de sédimentation du calcaire des ères secondaires et tertiaires : 2 millimètres par siècle.

Les classifications de l’histoire de l’univers sont fonction de l’objet regardé : si l’on observe la nature de la terre, on a une classification géologique, faite d’ères – du primaire au quaternaire -, elles-mêmes subdivisées en époques – du cambrien à l’holocène-, elles-mêmes encore subdivisées en étages, du géorgien au flandrien. Si l’on considère l’homme, la classification – stade culturel -, part du début du tertiaire – 65 m.a., la principale étant le paléolithique, de 2 m.a à 0.15 m.a. Ces catégories ont elles aussi  des subdivisions en périodes culturelles, partant du début du quaternaire, vers 1.64 m.a. Les classifications relatives au monde animal, partent du Paléozoïque, à l’ère primaire, passent au Mésozoïque à l’ère secondaire et au Cénozoïque aux ères tertiaire et quaternaire.

Les scientifiques ont récemment éprouvé le besoin d’introduire une nouvelle classification basée sur l’Eon. Ce qu’en dit Wikipedia :

L’éon est l’intervalle de temps géochronologique correspondant à la plus grande subdivision chronostratigraphique de l’échelle des temps géologiques, l’éonothème.

L’histoire de la Terre est découpée en quatre éons. Les trois premiers, qui couvrent les quatre premiers milliards d’années de l’histoire de la Terre sont parfois regroupés au sein d’un superéon nommé le Précambrien. Pour un même intervalle de temps géologique, les éons et les éonothèmes portent des noms identiques.

Le terme éon est également utilisé dans le cadre de la planétologie pour permettre de décrire l’histoire des planètes.

Les quatre éons terrestres sont les suivants, du plus ancien au plus récent :

• Hadéen (de −4,6 à −4 milliards d’années)
• Archéen (de −4 à −2,5 milliards d’années)
• Protérozoïque (de −2,5 à −0,541 milliards d’années)
• Phanérozoïque (depuis l’explosion biologique cambrienne il y a 541 millions d’années, jusqu’à nos jours).