cepheides

     Les étoiles dites primordiales ont déjà fait l’objet d’un article (voir sujet : les étoiles primordiales) et si je souhaite en reparler aujourd’hui, c’est en raison de l’étude récente d’un astre baptisé par les astronomes HD 140283, étoile fort ancienne et d’ailleurs surnommée « étoile-Mathusalem ». Il s’agit d’un objet très observé ces dernières années et sur lequel nous possédons à présent plus de précisions. Au préalable, je rappellerai néanmoins brièvement ce que sont ces étoiles primordiales avant d’aborder ce qui fait l’intérêt de cet astre si âgé.

Les étoiles primordiales

     Au tout début, lorsque l’Univers était encore dans ses premiers instants, les toutes nouvelles galaxies étaient probablement plus petites et presque entièrement composées d’étoiles géantes bleues, c'est-à-dire jeunes. Ces premières étoiles étaient en fait – c’est l’hypothèse la plus probable - des étoiles supergéantes, peut-être 100 à 150 fois la taille du Soleil. Qui dit étoiles supergéantes, dit également vie stellaire courte et, de fait, cette première génération n’a probablement vécu que quelques millions d’années (à comparer avec notre Soleil, une naine jaune, dont la longévité est de l’ordre de dix milliards d’années, voire avec la majorité des étoiles de nos galaxies, des naines rouges pouvant vivre des dizaines de milliards d’années). On comprend aisément que la première génération d’étoiles géantes a certainement disparu depuis longtemps.

    Comment le sait-on ? La réponse est aisée. Au début de l’Univers, juste après le Big bang, il n’y avait dans le cosmos que de l’hydrogène et de l’hélium. Toutefois, le temps passant, les premières géantes stellaires se sont mises à fabriquer des éléments plus lourds, par exemple l’oxygène, le carbone ou le fer et c’est en explosant lors de leur fin de vie (si courte) qu’elles ont ensemencé leur environnement, permettant aux générations suivantes d’utiliser ces métaux lourds. De coup, toute étoile  (comme le Soleil) possédant ces dits éléments ne peut être de la première génération : on peut même avancer que plus une étoile contient d’éléments lourds, plus elle est vraisemblablement d’une génération récente.

     Les télescopes actuels voient de plus en plus loin (donc de plus en plus dans le passé) et ont réussi à repérer des étoiles très très pauvres en éléments lourds et donc certainement très anciennes. Malheureusement, elles sont également très éloignées de notre système solaire et présentent donc un double désavantage : d’abord, vu leur éloignement, il est encore bien difficile aujourd’hui de les étudier convenablement et, d’autre part, située loin dans le passé, elles ne sont pas vraiment représentative de l’état actuel de notre Univers. C’est ici qu’entre en lice, notre vieille étoile HD 140283.

L’étoile HD 140283

    Précisons tout d’abord qu’il ne s’agit pas d’une découverte récente. Déjà, dans les années 1950, les astronomes s’étaient intéressés à elle en raison de sa faible métallicité (sa pauvreté en éléments lourds) mais surtout en raison d’une particularité : sa très grande rapidité de déplacement (ce fut une des premières découvertes d’étoiles « à grande vitesse ») car elle voyage à la vitesse record de 1,23 million de km/h. Observée dans la constellation de la Balance, il s’agit en fait d’une étoile vagabonde (ou étoile en fuite) qui, provenant du halo galactique (c'est-à-dire la partie extérieure de la Voie lactée où se trouvent les plus anciennes étoiles) se dirige vers le centre galactique et passe actuellement à notre proximité. Elle faisait probablement partie d’une galaxie naine « capturée » par la Voie lactée, il y a 12 milliards d’années. Grâce au télescope Hubble, une équipe américaine a pu mesurer son éloignement du Soleil : 190 années-lumière ce qui, en terme astronomique, est dérisoire. Elle possède une orbite très allongée qui la reconduira certainement dans son halo d’origine après passage dans le centre de la Galaxie. On a donc affaire à une visiteuse temporaire…

Les vieilles étoiles et l’âge de l’Univers

     Nous avons vu que les plus anciennes étoiles, celles qui sont « chronologiquement proches » des étoiles primordiales, se trouvent dans le halo, l’extérieur galactique, et plus encore dans les amas globulaires situés à des milliers d’années-lumière de nous. Donc difficiles à étudier. Au point que dans les années 1960, on avait calculé qu’elles étaient plus anciennes que l’Univers lui-même ce qui est évidemment impossible ! Heureusement, en 1998, on a mis en évidence l’expansion accélérée de l’Univers (voir le sujet : l’expansion de l'Univers) ce qui rend ce dernier « moins jeune » que supposé. En 2013, les dernières données permettent d’estimer son âge à 13,8 milliards d’années… encore trop jeune pour HD 140283 dont l’âge estimé vers l’an 2000 était de… 16 milliards d’années. Il y avait certainement une erreur quelque part… On recommença donc les calculs pour notre vieille étoile ce qui n’est, comme on va le voir, pas si simple.

     Pour calculer l’âge d’une étoile, les astronomes recourent à deux paramètres principaux :

        1. la métallicité que nous avons déjà évoquée. L’idéal est alors une étoile en fin de vie, au moment où elle a presque épuisé sa réserve d’hydrogène. C’est en effet à ce stade que l’étoile va se transformer en géante rouge et qu’elle commence à augmenter sa luminosité ce qui la rend plus facile à détecter. On compare alors son abondance en éléments lourds par rapport à un modèle théorique d’évolution stellaire. Cela n’est toutefois pas suffisant car il faut également connaître

          2. l’éloignement de l’étoile. Dans le cas de HD 140283, on a dit qu’il s’agissait d’une étoile à déplacement rapide or les ondes lumineuses qui en proviennent sont, spectralement parlant, naturellement décalées. C’est ici que le télescope Hubble rend un service inestimable en permettant une étude de ce que l’on appelle la parallaxe, c'est-à-dire la mesure de la position de l’étoile selon deux positions opposées de l’orbite terrestre autour du Soleil, mesures effectuées à six mois d’intervalle.

    Enfin, un dernier élément est à prendre en compte : nous savons depuis peu que l’hélium, plus lourd, a tendance à repousser l’hydrogène en périphérie d’un astre et, du coup, il est facile de surestimer sa quantité et donc l’âge de l’étoile…

     Tenant compte de tous ces éléments, l’âge de HD 140283 a été recalculé et ramené à… 14,46 milliards d’années. Toujours plus important que celui de l’Univers ? Eh bien non car l’incertitude du calcul étant de + ou – 800 millions d’années, l’âge de notre étoile devient cohérent avec celui de l’Univers.

La recherche des premières étoiles

     HD 140283 n’est pas la plus vieille étoile observée dans notre cosmos. J’avais signalé dans le sujet sur les étoiles primordiales la découverte par une équipe européenne d’un objet ne possédant pas du tout d’éléments lourds et donc formidablement âgé. Il s’agit d’une étoile naine repérée dans la constellation du Lion mais située à plus de 4000 années-lumière de nous ce qui rend son étude plus délicate. Mais est-elle vraiment une des toutes premières étoiles puisqu’on prétend que celles-ci ne peuvent être que des géantes à courtes durées de vie ?

     Par sa relative proximité, HD 140283 est bien sûr plus facile à étudier (tout est relatif). Décrite (à tort) comme la plus vieille étoile connue et puisqu’elle possède quelques traces d’éléments lourds, il s’agit là très certainement d’une étoile de seconde génération qui a pu être transitoirement contemporaine des vraies étoiles primordiales. Son observation participe à une compréhension de plus en plus aiguë des premiers instants de notre environnement. Il reste beaucoup à faire mais les années à venir seront fertiles en nouvelles données. Je pense, par exemple, au lancement prochain du satellite européen Gaïa (fin 2013 si tout va bien) qui permettra d’affiner encore un peu plus notre connaissance de notre vieille étoile mais pas seulement puisqu’une de ses missions sera de faire la chasse aux étoiles de première génération. S’il en existe encore évidemment.

     Affirmons une fois de plus qu’il n’est pas vain de multiplier ce genre d’observations – même et surtout en temps de crise - car on dit à juste titre que connaître son passé, c’est pouvoir plus facilement interpréter son présent. Et peut-être aussi anticiper l’avenir.

Sources

1 Ciel et Espace, n° 516, mai 2013

2. Wikipedia.org

3. hubblesite.org

4. futura-sciences

Images

 1. HD 140283 (sources : flashespace.com)

2. étoiles primordiales (vue d'artiste) (sources : sciencesetavenir.nouvelobs.com)

3. une étoile vagabonde, 30 DOR 016 (sources : news.nationalgeographic.com)

4. amas globulaire Messier 13 (sources : ac-nice.fr)

5. calcul de parallaxe (sources : web.cala.asso.fr)

6. le satellite Gaïa (sources : flashespace.com)

Mots-clés : étoiles primordiales - géante bleue - naine jaune - naine rouge - métallicité - étoile vagabonde (ou runaway star/étoile en fuite) - amas globulaire - parallaxe - étoile de seconde génération - satellite Gaïa

Sujets apparentés sur le blog

1. mort d'une étoile

2. les premières galaxies

3. juste après le Big bang

4. les étoiles primordiales

5. l'expansion de l'Univers

6. amas globulaires et traînards bleus

7. étoiles doubles et système multiples (paragraphe sur les étoiles en fuite)

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     Depuis le lancement du premier Spoutnik soviétique le 4 octobre 1957, des milliers de sondes spatiales en tous genres se sont précipitées à l’assaut du cosmos. Parfois simples engins de communication, civils ou militaires, parfois réelles machines d’exploration des autres planètes et du vide intersidéral. Une des plus vieilles de ces sondes, lancée en 1977 et toujours en activité, est Voyager 1. C’est également, de par son ancienneté, celle qui se trouve actuellement le plus loin de la Terre, au point qu’elle est en train de quitter définitivement le système solaire, faisant ainsi d’elle l’objet le plus lointain jamais fabriqué par l’Homme. Retour sur une expédition mémorable.

Le programme Voyager

     Voyager est un programme mis au point par la NASA dès les années 1960 afin d’explorer les planètes dites extérieures, (c'est-à-dire à partir de Mars et au-delà), programme comprenant deux sondes jumelles, forcément dénommées Voyager 1 et 2. Ces engins automatiques, lourdement équipés pour l’époque (800 kg chacun) sont très certainement les deux engins qui ont apporté la plus grande richesse d’informations parmi tous ceux jamais lancés. Plus surprenant encore : alors qu’ils avaient été conçus pour fonctionner à peu prés quatre ans,  ils sont toujours en contact avec leur base de lancement 36 ans plus tard ! Si l’on ajoute que les deux sondes – notamment Voyager 1 - sont à présent à l’extrême limite du système solaire, on comprend tout l’intérêt de capter encore, avec un décalage de plus de douze heures et à la limite de l’audible, un faisceau d’informations sur une région jamais explorée  et presque totalement inconnue du cosmos…

     Pour être allées si loin, ces sondes ne pouvaient évidemment être alimentées que par des générateurs thermoélectriques à radio-isotope (ici du plutonium 238) ou, pour le dire plus simplement, un système à énergie nucléaire. Il était en effet impossible d’utiliser des panneaux solaires classiques puisque, aux confins du système solaire, la lumière de notre étoile est bien trop faible. Pour être certains de ne pas risquer une panne, les ingénieurs de la NASA avaient systématiquement doublé tous les instruments de bord vitaux : c’est ainsi que l’ordinateur principal de Voyager 1, tombé en panne, est depuis remplacé par un ordinateur central de secours…

Les planètes extérieures

     Voyager 2 fut lancée en premier le 20 août 1977 suivie par sa jumelle une quinzaine de jours plus tard. Les deux engins devaient effectuer un grand tour du système solaire, profitant d’un alignement exceptionnel des quatre planètes gazeuses, une conjonction qui ne se répète que tous les 175 ans. En effet, on sait bien que le problème des sondes spatiales est avant tout celui du carburant. Pour économiser ce dernier, cette conjonction planétaire devait permettre de « relancer » à moindre coût les sondes en profitant de ce que l’on appelle une assistance gravitationnelle, à savoir une accélération de la sonde induite par la proximité de la planète survolée. Et c’est bien ce qui se passa. Voyager 2, par exemple, qui avait été programmée (faute de budget) pour n’aller que jusqu’à Saturne, put par ce mécanisme poursuivre jusqu’à Uranus et Neptune …

     Voyager 1, quant à elle, survola Jupiter en 1979 puis Saturne l’année d’après, dépassa en 1998 sa cousine Pioneer 10 (lancée elle en 1972) avant de s’éloigner définitivement en direction de l’espace profond. Et plus particulièrement vers ce que l’on nomme l’héliopause, c'est-à-dire cet endroit très spécial où le vent solaire est stoppé par le milieu interstellaire, un lieu qui marque la limite du système de notre étoile…

Une moisson d’informations

     Les découvertes de nos deux sondes sont si nombreuses qu’il est impossible de les décrire correctement dans ce sujet. Signalons simplement pour mémoire :

. la description pour la première fois des profils détaillés des atmosphères de Jupiter, Saturne et Uranus ;

. la prise en compte de nombreux détails sur les anneaux de Saturne dont on comprenait assez mal l’agencement (voir le sujet : les anneaux de Saturne)

. la mise en évidence autour de Jupiter d’anneaux jusque là restés invisibles de la Terre

. ainsi que d’extraordinaires images très détaillées des anneaux de Neptune et Uranus ;

. la découverte de 33 « nouvelles » lunes orbitant autour des géantes gazeuses ;

. la visualisation de volcans en activité (les premiers en dehors de notre planète) sur Io, satellite de Jupiter, avec des panaches géants montant jusqu’à plus de 300 km au dessus du sol ;

. la description d’un remodelage récent de la surface d’Europe, autre satellite de Jupiter, qui fut identifié ensuite par la sonde Galileo comme une couche de glace d’environ 20 km d’épaisseur recouvrant un gigantesque océan souterrain ;

. mais aussi la perception de l’atmosphère épaisse et dense de Titan (satellite de Saturne) et de geysers géants sur Triton (la plus grosse lune de Neptune) expliquant le réaménagement récent de près de 40% de la surface de cet astre…

     On le voit, la moisson fut vraiment fructueuse et on ne peut s’empêcher de penser à l’étonnement et à la joie qu’aurait ressentis le grand astronome que fut Camille Flammarion, lui qui s’échinait à deviner toutes ces merveilles avec sa lunette astronomique. Pourtant, l’histoire ne s’arrête pas là, bien au contraire, car, en poursuivant leurs routes, ces courageux petits engins nous entraînent encore plus loin.

Au-delà du système solaire

     Des deux jumelles, Voyager 1 est la plus éloignée. Elle file à la vitesse remarquable de 17 km/sec (soit 61 200km/h) ce qui, signalons-le au passage, en fait le deuxième engin le plus rapide jamais construit par l’Homme (après la sonde New Horizon lancée en 2006 pour le survol de la planète naine Pluton). Voyager 1 est à présent située à 18,5 milliards de km du Soleil. Il s’agit là d’un chiffre difficile à appréhender : disons, pour être plus compréhensible, que les informations qu’elle nous envoie encore mettent, à la vitesse de la lumière, plus de douze heures à nous parvenir (ce qui fait plus d’un jour pour une information aller-retour, par exemple un ordre venu de la Terre et contrôlé).

     Cet incroyable éloignement entraîne la sonde aux limites du système solaire, nous l’avons déjà dit, limites qu’elle devrait franchir cette année ou en 2014.

     Que sait-on de cet endroit ? Finalement, pas grand-chose. On sait qu’il s’agit d’un lieu appelé héliopause qui est la limite de l’héliosphère. L’héliosphère, elle, est la gigantesque sphère, allongée en une sorte de bulbe, qui délimite la zone d’influence des vents solaires, ces projections de particules atomiques engendrées par la haute atmosphère de notre étoile. Ces vents solaires repoussent les particules venues de l’espace lointain : lorsque les deux phénomènes se heurtent et s’annihilent, on se trouve dans l’héliopause. Franchir cette limite, c’est abandonner le système solaire et c’est bien ce que fait Voyager 1… tout en continuant de nous renseigner sur le milieu qu’elle traverse.

     Curieusement, si cette mission peut se poursuivre aussi bien, c’est, en plus de la qualité de l’engin, l’effet principal du hasard. En effet, lors de son lancement, les ingénieurs de la NASA n’avaient certainement pas prévu que leur bébé irait si loin et ce qui comptait alors pour eux était l’alignement des planètes gazeuses déjà signalé. Or, en ricochant sur les planètes pour prendre son élan, Voyager 1 a quitté le système solaire par l’avant, c'est-à-dire vers le nez de l’héliosphère, permettant ainsi la poursuite de l’aventure.

     Voyager 1 pourra ainsi renseigner les scientifiques sur ce qu’est ce milieu inconnu en mesurant les particules et les ondes interstellaires affranchies du vent solaire : pour la première fois, un engin d’origine humaine décrira le milieu interstellaire « brut » s’étendant entre les étoiles. On comprend donc l’impatience des astronomes…

La recherche d’une intelligence extraterrestre

     Selon leurs concepteurs, les deux sondes possèdent encore suffisamment d’énergie pour nous renseigner jusqu’en 2020 (le générateur nucléaire de Voyager 1 sera épuisé vers 2025). Elles seront alors à 20 (Voyager 1) et 16,8 (Voyager 2) milliards de km du Soleil, lancées dans une course sans limitation dans l’espace interstellaire. Rien, en effet, n’est susceptible d’arrêter leur course sauf leur passage à proximité d’un autre système stellaire. Ce qui adviendra probablement mais certainement pas tout de suite tant les distances entre les étoiles sont immenses. Voyager 1, par exemple, se dirige vers une petite naine rouge de la constellation de la Girafe (AC+79 3888) qu’elle devrait frôler dans… 40 000 ans environ avant d’atteindre la brillante Sirius dans 296 000 ans ! Pour bien comprendre l'immensité des distances dans l'espace, signalons enfin que si la sonde devait aller en direction de notre plus proche voisine stellaire (ce qui n'est pas le cas) à savoir la naine rouge Proxima du Centaure, elle mettrait environ 75 000 ans... Je réponds d'avance à une question que l'on ne manquera pas de se poser : si Proxima du Centaure est la plus proche du Soleil, comment se ferait-il que Voyager 1 mette plus de temps à l'atteindre que AC+79 3888 ? Tout simplement parce que ces étoiles (et notre Soleil) sont toutes en mouvement et que l'étoile visée par Voyager se rapproche bien plus vite de nous que Proxima...

     Et si les sondes devaient être repérées par une hypothétique intelligence extraterrestre ? L’éventualité a été envisagée dès le début de la mission. Les sondes (comme leurs cousines Pioneer) possèdent à leur bord des informations sur la Terre gravées sur un disque de cuivre accompagné d’une aiguille et d’une cellule pour le lire. On y trouve, sélectionnés par l’astronome Carl Sagan (un des concepteurs du SETI : voir le sujet : SETI, une quête des extraterrestres), divers éléments tels que plus d’une centaine de photos de différents lieux caractéristiques de notre planète et des schémas indiquant la position de la Terre au sein du système solaire. C’est certainement faire preuve d’un certain optimisme : d’abord parce que, à l’évidence, les scientifiques ne s’attendent pas à ce que les engins rencontrent des créatures extraterrestres du type « aliens versus predators » qui font le bonheur des films de science-fiction. Ensuite, par le fait que, en dépit de leur grand éloignement de notre planète, les distances parcourues sont à l’échelle du cosmos quasiment minuscules…

     Quoi qu’il en soit, on reste admiratif devant cette technologie déjà ancienne et ses multiples possibilités et résultats. La preuve qu’il ne faut jamais désespérer puisque, parties pour un simple voyage sur nos planètes extérieures, les 2 voyager ont été – c’est le moins que l’on puisse dire – jusqu’à aujourd’hui étonnamment vaillantes et prolifiques.

Sources :

1. Wikipedia France

2. http://www.planetoscope.com/

3. http://sciencesetavenir.nouvelobs.com/

4; www.science-et-vie.com/ 

Images :

1. schéma d'une sonde Voyager (sources : fr.wikipedia.org/)

2. la conjonction planétaire de 1977 (sources : webastro.net)

3. les anneaux de Jupiter (sources : fr.wikipedia.org/)

4. la Terre vue de Voyager 1 (sources : www.astronoo.com)

5. l'héliosphère (sources : www.gurumed.org)

6. le message embarqué par les Voyager (sources : mllecelaneus.blogspot.com)

 (pour en lire les légendes, passer le curseur de la souris sur les illustrations)

Mots-clés : spoutnik - assistance gravitationnelle - Pioneer 10 - héliosphère - héliopause - anneaux de Saturne - Io - Europe - Titan - Triton - sonde Galileo - Camille Flammarion - sonde New Horizon - vent solaire - Sirius - Proxima du Centaure - Carl Sagan - projet SETI

(les mots en blanc renvoient à des sites d'informations complémentaires)

Sujets apparentés sur le blog :

1. place du Soleil dans la Galaxie

2. la Terre, centre du Monde

3. vie extraterrestre (1)

4. vie extraterrestre (2)

5. SETI, une quête des extraterrestres

6. les anneaux de Saturne

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     Dans l’article précédent (voir : l’intelligence animale – 1), nous avons évoqué les problèmes posés par l’évaluation de l’intelligence des animaux et grossièrement résumé ce qu’avaient pensé du sujet les philosophes et scientifiques des siècles passés. Essayons à présent – à l’aide de quelques exemples forcément arbitraires – de cerner un peu plus cette faculté d’adaptation à des situations nouvelles, cette intelligence des animaux. Au préalable, rappelons néanmoins ce que nous avons précédemment souligné : il ne faut pas trop interpréter cette intelligence à l’aune de préjugés humains et se souvenir que l’intelligence de nos amies les « bêtes » n’est pas forcément ce que l’on croit.

Comment isoler des critères d’évaluation ?

     À la différence de la taille d’un cerveau facilement mesurable, l’intelligence est un concept abstrait : c’est le « comportement » intelligent qui est observable et, dans une certaine mesure, quantifiable. Un premier écueil apparaît toutefois : il peut sembler facile de classer les « degrés » d’intelligence en fonction de résultats plus ou moins élevés à des tests mais encore faut-il faire la part de ce qui, dans certains comportements complexes ou parfaitement adaptés, revient à des programmes prédéterminés. Je pense, par exemple, à des actions animales qui peuvent paraître comme « extraordinaires » d’astuce (d’intelligence ?) : la construction du nid d’un oiseau, l’utilisation « d’outils », voire les comportements extrêmes de certains insectes sociaux (voir le sujet : insectes sociaux et comportements altruistes). Il n’y a en pareil cas aucune intelligence au sens que nous lui donnons mais des réponses adaptatives acquises au cours de l’Évolution, fussent-elles ingénieuses. Rappelons d’ailleurs ici que l’adaptation d’un animal à un nouvel environnement ne peut jamais se transmettre par voie génétique mais uniquement d’un individu à l’autre par imprégnation ou simple imitation. L’adaptation « génétique », elle, s’acquiert par la sélection naturelle de « mutants » mieux adaptés et cela au fil des siècles. L’intelligence d’un individu devra donc s’évaluer face à une situation inédite mais aussi à sa capacité à transmettre éventuellement l’acquis à ses congénères… Cela dit, sur quels critères va-ton se reposer pour une telle évaluation ?

Quels critères retenir ?

      Tout le problème est effectivement de savoir identifier les critères à retenir pour démontrer l’intelligence de certains animaux. C’est un problème délicat et qui l’est d’autant plus lorsque l’on « descend » dans l’échelle du vivant. Quelques uns font néanmoins l’unanimité.

. la mémoire : suivant en cela Aristote (voir sujet précédent), force est de constater qu’il est impossible d’acquérir un comportement individuel nouveau en l’absence de mémoire. Or, contrairement à ce que beaucoup pensent, les animaux ont une mémoire très aiguë : ils développent leurs facultés d’adaptation par l’apprentissage suivi d’un traitement de l’information (on parle alors de cognition). Ultérieurement, remis en présence de la situation, l’animal réagit selon un processus de stimulus-réponse : la mémoire lui est donc indispensable. A titre d’exemple, voici deux types d’expériences sur la mémoire animale :

     Le singe : on présente à un chimpanzé une séquence de chiffres durant une fraction de seconde puis on lui demande de la refaire. Dans 80% des cas, l’animal arrive à recréer la séquence tandis que des étudiants (humains) pris par comparaison n’y arrivent que dans 40% des cas…

       Les oiseaux : on utilise ici les capacités du geai buissonnier. Cet oiseau a dans la Nature l’habitude de cacher sa nourriture. Pour en avoir le cœur net, des scientifiques de Cambridge (GB) ont placé un geai dans une cage à trois compartiments communicants mais dont seul celui de droite contenait de la nourriture. Pendant cinq jours, deux heures par jour, les chercheurs enfermèrent l’oiseau dans la cage mais en mettant de la nourriture dans le compartiment de droite un jour sur deux seulement. Le sixième jour, le geai avait déplacé sa nourriture dans le compartiment qui n’en avait jamais contenu. Selon les expérimentateurs, il s’agit d’une démonstration de la capacité de l’oiseau à planifier en se servant de sa conscience du temps passé et futur. Une prouesse évidemment impossible sans mémoire suffisante.

     On a également pu démontrer que singes et oiseaux (pigeons) sont capables de mémoriser des milliers d’images et leurs réponses relatives, l’ensemble restant dans leur mémoire parfois plus d’un an.

. la permanence de l’objet : on sait que l’enfant humain finit par concevoir les objets comme des entités fixes et persistantes vers l’âge de six mois. Par la suite, au fil des mois, il acquerra une compréhension encore plus complète des objets (objets cachés, déplacés, etc.). Cette « permanence » acquise de l’objet lui est indispensable pour accéder à son organisation du temps et de l’espace. C’est probablement une des étapes fondamentales de l’acquisition de la pensée. Des tests de permanence d’objets ont donc été proposés à nombre d’animaux (chats, chiens, hamsters, poussins, etc.). Seuls les primates ont réussi à égaler (parfois à dépasser en rapidité) les acquisitions de l’enfant tandis que les chiens et, dans une moindre mesure les chats, y arrivent aussi mais moins rapidement.

. la catégorisation : il s’agit de la possibilité pour un animal de regrouper des objets au sein d’une même classe. L’exercice ne révèle pas seulement la construction de catégories selon l’aspect ou la couleur mais aussi le fait de se les représenter comme autant d’entités différentes les unes des autres et cela sous-entend une certaine capacité d’apprentissage. Les résultats les plus significatifs concernent… les pigeons. Ces volatiles, entraînés par renforcements positifs et négatifs, finissent par discriminer des catégories d’objets comme les arbres mais aussi de distinguer des scènes aquatiques contenant ou non des poissons. Ils possèdent donc une certaine faculté d’abstraction.

. les outils : on a souvent rapporté l’utilisation d’objets en tant qu’outils chez certains animaux. On connait évidemment le cas de la mouette rieuse qui se sert d’une pierre jetée d’une certaine hauteur pour casser les coquillages qui feront son repas : il s’agit là d’un comportement inné, propre à toutes les mouettes de cette espèce, et qui ne peut donc traduire les capacités d’adaptation d’un individu donné. Je ne le cite que comme exemple a contrario.

     Ce qui nous intéresse ici, c’est l’utilisation d’outils dans une situation nouvelle. Par exemple, il a été rapporté le manège d’une corneille d’Israël utilisant un morceau de pain qu’elle faisait flotter sur l’eau comme leurre pour les poissons qu’elle cherchait même à entraîner dans un endroit plus favorable pour leur capture. Comportement assurément nouveau… qui aurait pu se transmettre, par observation et imitation, à d’autres congénères.

     Ailleurs, il a été observé le manège de singes utilisant des bâtons pour mesurer la profondeur d’une mare qu’ils devaient traverser. D’autres singes ont été observés alors qu’ils « expliquaient » à des plus jeunes comment se servir d’une branche pour attraper des fruits ou des insectes.

     Citons une dernière expérience dont l’acteur est un corbeau calédonien : de la nourriture est placée au fond d’une petite cage en verre à ouverture étroite. A côté, se trouve une deuxième cage contenant une tige de bois inaccessible au bec de l’oiseau et, encore à côté, une petite brindille attachée à une branche. L’oiseau ira détacher la brindille, s’en servira pour extraire la tige en bois de la deuxième cage puis utilisera cet outil improvisé pour retirer la nourriture de la cage en verre. Pour accomplir une telle action, il faut non seulement de la mémoire mais également suffisamment de faculté d’abstraction pour relier les différents éléments à utiliser dans l’ordre… Incroyable ? La vidéo de cet exploit se trouve à l’adresse suivante : 

 http://www.youtube.com/watch?v=QvfWiW27890&feature=endscreen&NR=1

. le langage : avec ce critère, il faut d’emblée instaurer un distinguo. En effet, pour bien des gens, il existe une confusion entre langage et forme de communication. Par exemple, la « danse » des abeilles qui permet d’indiquer à la ruche l’endroit où se trouve du pollen à butiner n’est pas un langage (voir le sujet : insectes sociaux et comportements altruistes). Il s’agit d’un code de signaux qui symbolise une situation objective (données géographiques et visuelles). Dans le langage humain en revanche, les signes communiqués sont arbitraires et ne ressemblent pas à ce qu’ils désignent : ce sont des morphèmes, c'est-à-dire de petites unité porteuses de sens et dont la combinaison est infinie, permettant au locuteur de tout exprimer. Ce langage s’apprend au cours de l’enfance au contraire des signes des abeilles qui relèvent d’un comportement inné…

     Le même problème se pose pour les autres « langages » animaux comme le chant des oiseaux, celui des baleines ou les grondements des éléphants. Ils sont tous innés, non analysables autre que globalement et n’appellent aucune réponse de l’entourage (mais simplement une attitude induite). Le langage proprement dit est bien le propre de l’Homme.

      Il est cependant possible d’apprécier la capacité d’un animal à acquérir quelques rudiments de langage humain. Insistons sur le fait qu’il s’agit bien d’apprendre ce que peut signifier un mot précis et non répéter comme peut le faire le perroquet (dont la forme de communication est surtout le « langage » corporel). Certains singes sont capables d’associer des assemblages de symboles avec des objets ou des actions ; ailleurs, tout propriétaire d’un chien sait que son animal est capable d’identifier une cinquantaine de mots sans jamais se tromper sur la signification de ce qu’ils entraînent. Jamais, toutefois, il n’a été mis en évidence chez l’animal la possibilité de posséder un langage abstrait à la manière de celui de l’Homme.

. le raisonnement : il s’agit là aussi d’un critère difficile à cerner qui n’a été mis en évidence que chez certains primates supérieurs. Citons, par exemple, le cas d’un singe bonobo appelé Kanzi étudié par Sue Savage-Runbaugh, une primatologue américaine, singe auquel elle avait donné la clé de son enclos. Dès qu’elle se fut éloignée de lui, ce dernier alla cacher la clé. Quand la chercheuse redemanda la clé à Kanzi, celui-ci donna l’impression de l’avoir perdue. Accompagné de la scientifique, le singe fit mine de chercher attentivement la clé mais les recherches restèrent vaines. Ce n’est qu’après le départ de la chercheuse que Kanzi alla quérir la clé et s’en servit pour sortir de son enclos. Kenzi était donc capable de mentir ce qui sous-tend une certaine capacité de raisonnement. Il s’agit là néanmoins d’une exception dans le règne animal.

. la conscience de soi : savoir que l’on existe indépendamment des autres est la première étape qui permet à un individu d’avoir conscience de ses actes, de ses pensées et même de ses sentiments. C’est un retour sur soi qui permet de se situer et de penser le monde qui vous entoure.

     Pour apprécier cette faculté, la méthode la plus utilisée est le test du miroir. Il s’agit de savoir si un individu est capable d’y reconnaître son reflet comme une image de lui. Pour cela, on imprime une tache colorée et non olfactive sur la tête de l’animal (sans qu’il le sache) puis on observe si ce dernier réagit d’une manière indiquant qu’il a pris conscience que la tache est placée sur son propre corps. Si l’animal cherche à savoir ce qu’il y a derrière le miroir, s’il touche la tache ou d’autres parties cachées de son corps, c’est qu’il a conscience qu’il s’agit bien d’un reflet de lui-même. A l’inverse, s’il attaque le miroir ou s’enfuit, c’est qu’il n’a pas compris.

     Les résultats sont contrastés : parmi les singes, les orangs-outangs, les chimpanzés, les bonobos réussissent le test (mais pas les gorilles, du moins ceux vivant en liberté). C’est également vrai pour les éléphants, les dauphins et les orques, ainsi que pour les pies et les corbeaux mais, à l’inverse de ces derniers, les autres oiseaux attaquent violemment le miroir. Les chiens et les bébés humains de moins de dix-huit mois manifestent de la peur ou de la curiosité. Toutefois, on atteint avec les chiens la limite du test car on sait que chez cet animal la vision est secondaire et que, pour lui, s’il ne sent rien, c’est qu’il n’y a rien de vivant.

     Les quelques catégories de tests que nous venons d’évoquer s’adressent pour l’essentiel aux vertébrés, animaux situés à un stade élevé de l’échelle de la Vie mais que pourrait-on dire d’animaux plus « simples » comme les insectes, voire encore plus élémentaires ? Les a-t-on étudiés ? Comment évaluer leur intelligence réelle ou supposée ?

L’intelligence des invertébrés

     Les invertébrés sont les parents pauvres du règne animal aux yeux de l’Homme qui ne leur accorde guère de crédit : qui se soucie d’une simple mouche ou d’une huitre ? En France, le pays de « l’animal-machine » (voir la première partie de ce sujet), on a longtemps pensé que ce qui ne parle pas n’éprouve pas de sentiments (jusque dans les années 1960, les nourrissons n’étaient pas anesthésiés !). Pourtant, les invertébrés sont des êtres vivants qui, peut-être, ressentent « quelque chose ». Or, justement, depuis quelques années, on commence à s’intéresser à ces êtres « inférieurs » jusqu’à se demander s’ils ne possèdent pas une sorte de conscience et une intelligence embryonnaire. Alors qu’ils ne sont pas protégés dans les textes (au contraire des vertébrés régis par une charte), une directive européenne sur l’expérimentation animale entrée en vigueur le 1^er janvier 2013 impose la prise de précautions pour les céphalopodes (calmars, pieuvres, etc.) en raison de « leur aptitude à ressentir angoisse, douleur et souffrance ». Un premier pas. Mais que sait-on vraiment de l’intelligence et de la sensibilité des invertébrés ?

     Si l’on compare le cerveau d’un invertébré à celui d’un mammifère, il n’y a aucune hésitation possible : 86 milliards de neurones chez l’Homme contre 200 millions pour la pieuvre, un million pour l’abeille, 600 000 pour l’araignée et à peine 200 000 pour la mouche. On pense immédiatement qu’un bagage neuronal aussi faible ne peut conduire qu’à des réponses réflexes aux incitations extérieures et en aucun cas à une pensée ou une réflexion, si ténues soient-elles. Mais comparaison n’est pas raison. Chez les invertébrés le cerveau n’est pas tout le système nerveux central : de nombreux neurones intervenant dans les interactions avec l’extérieur se trouvent ailleurs ; par exemple, la majorité des neurones du poulpe se trouve… dans ses tentacules. Chez la mouche, le système visuel est au moins aussi complexe que celui d’un mammifère. Or un système nerveux élaboré peut être le support de quelque chose de plus compliqué qu’un simple arc-réflexe : la douleur sans doute, la peur de cette douleur donc l’angoisse peut-être, et, qui sait, une certaine forme de conscience, donc d’intelligence potentielle... Mais comment savoir ? Quelques expérimentations commencent à être publiées sur le sujet :

. l’araignée

     L’expérience consiste à mettre une araignée affamée face à des tubes en aluminium comportant de nombreux tournants et croisements et représentant deux parcours différents, l’un conduisant à une proie, l’autre à un emplacement vide. La construction est faite de telle manière que l’araignée qui voit son butin avant de s’élancer est obligée de le perdre de vue dès qu’elle emprunte les tubes. Le résultat est surprenant puisque l’arachnide se trompe rarement et atteint très souvent sa proie. Les scientifiques en déduisent qu’elle a conservé en mémoire une représentation du chemin, atteignant ainsi le stade de la « permanence de l’objet » évoqué plus haut, un item réservé à des intelligences assez évoluées…

. la pieuvre (ou poulpe)

     Les scientifiques ont suivi durant plusieurs années des poulpes dans les eaux indonésiennes et ont pu mettre en évidence un comportement bien spécifique qui est l’utilisation d’outils : les céphalopodes étudiés ici utilisent des coquilles de noix de coco pour se mettre à l’abri. Il ne s’agit toutefois pas d’une simple recherche ponctuelle de protection puisque chaque poulpe garde son espèce d’armure durant des semaines en l’entraînant parfois très loin avec lui : ce comportement est acquis et non inné (comme celui du Bernard-l’hermite qui protège son estomac mou en squattant une coquille).

. le crabe

     Comme pour tous les invertébrés, il est à l’évidence difficile d’apprécier si les crabes peuvent avoir des pensées et a fortiori s’ils possèdent une conscience même embryonnaire. Toutefois, si activité cérébrale réflexive il peut y avoir, il est impératif qu’elle soit précédée d’une sensibilité et d’une mémoire. Une intéressante expérience a été menée avec les crabes verts : on sait que ces animaux cherchent à se protéger des prédateurs à marée basse en se réfugiant dans des trous. On va donc observer le comportement de ces crabes placés dans un bac dont chaque extrémité est pourvue d’un abri obscur (abris 1 et 2). On attache un fil électrique à l’une des pattes du crabe de façon à lui adresser une légère décharge électrique lorsqu’il se sera réfugié dans l’un des abris (par exemple, l’abri 1). A compter de la deuxième ou troisième décharge, le crabe choisira systématiquement l’abri 2, preuve qu’il a bien mémorisé l’expérience désagréable subie dans l’abri 1… Démonstration est ainsi faite que l’animal a éprouvé une sensation douloureuse et, plus encore, qu’il a appris à l’éviter. A-t-il une véritable conscience ? Rien n’est moins sûr mais ce dont on est certain, c’est qu’il a fait preuve d’une certaine intelligence puisqu’il s’est adapté à une situation nouvelle (apprentissage).

L’intelligence des animaux

     Il est clair que les animaux, aussi évolués soient-ils, ne possèdent pas une intelligence capable de rivaliser avec celle de l’Homme, même si l’on tient compte des milieux particuliers où ils vivent et des circonstances très différentes qu’ils rencontrent. Toutefois, quel que soit leur degré de complexité, ils semblent que tous possèdent un certain degré d’intelligence : leurs facultés d’apprentissage ne sont jamais totalement nulles.

     D’un autre côté, il semble certainement vain de vouloir « classer » ces différents degrés d’intelligence car ceux-ci seraient forcément rapportés à l’intelligence humaine or les problèmes posés à l’animal ne sont pas ceux de l’Homme. Une fois encore, gardons-nous de l’anthropomorphisme !

       Cela dit, on peut sans trop s’avancer affirmer que les animaux, même très rudimentaires, possèdent une certaine intelligence des situations qui leur sont propres. Comme on l’a écrit plus haut, l’intelligence des êtres vivant sur notre planète est de même nature bien qu’à des degrés différents. Du plus simple au plus compliqué, il existe une certaine linéarité de l’intelligence du vivant dans notre monde et, signalons-le au passage, toujours une sensibilité plus ou moins aiguisée à la souffrance et donc à une certaine forme de peur, voire d’angoisse. Non, les animaux ne sont pas des machines comme on l’a souvent prétendu avec Descartes. Ce sont des êtres biologiques et, à ce titre, ils peuvent certainement ressentir plaisir et souffrance. Il serait bon que certains de nos contemporains s’en souviennent dans un monde dominé par l’Homme et souvent mis à mal par lui.

Sources :

1. Wikipedia France

2. Science & Vie, n° 1144, janvier 2013

3. http://www.psychoweb.fr/news/27-intelligence-animale/

4. http://equihom.over-blog.com/article-peut-on-parler-d-intelligence-animale-86964263.html

Images :

 1. dauphins (sources : http://fr.questmachine.org/wiki/Les_dauphins)

2. tailles respectives de différents cerveaux de mammifères (sources : fr.wikipedia.org)

3. geai buissonnier (sources : fr.wikipedia.org)

4. corneille noire (sources : alpesoiseaux.free.fr)

5. singe bonobo (sources : extraisreloaded.blogspot.com)

6. une araignée enroulant sa proie (sources : xgodsoul.com)

7. crabe vert (sources : manger-la-mer.org)

(pour en lire les légendes, passer le curseur de la souris sur les illustrations)

Mots-clés : comportement inné - comportement acquis - apprentissage - sélection naturelle - mémoire - langage - morphème - catégorisation - permanence de l'objet - test du miroir - 

(les mots en blanc renvoient à des sites d'informations complémentaires)

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2. les mécanismes de l'Evolution

3. insectes sociaux et comportements altruistes

4. comportements animaux et Evolution

5. domestication et Evolution

6. l'inné et l'acquis chez l'animal

7. le mimetisme, une stratégie d'adaptation

7. l'intelligence animale (1)

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     Après avoir publié son article sur la relativité restreinte en 1905, Albert Einstein récidiva dix ans plus tard en étendant ses équations à l’ensemble de l’Univers (voir sujet : théorie de la relativité générale). Dès lors, le cosmos qui nous entoure devenait intelligible. C’était une véritable révolution d’autant qu’il faut se rappeler que, à l’époque où il fit part de sa théorie, notre « Univers » se cantonnait pour les scientifiques à la seule Voie lactée, notre galaxie, puisque l’on croyait que rien n’existait en dehors d’elle… Il faudra en effet attendre les travaux de Hubble (basés sur ceux d’Henrietta Leavitt à propos des étoiles céphéides) en 1925 pour comprendre que l’Univers est beaucoup, beaucoup plus vaste puisque des galaxies comme la nôtre, il en existe des milliards…

      Les scientifiques découvraient donc un Univers immense, peut-être infini, où la gravitation – grâce à Einstein – devenait enfin compréhensible. Toutefois, cet extraordinaire génie croyait à un univers statique, homogène et isotrope. Évoquons tout d’abord les deux derniers termes : ceux-ci veulent dire que quels que soient la direction et l’éloignement observés, la structure de l’Univers reste la même et que les vitesses (dites de récession par rapport à nous) des objets qu’il contient (à l’exception de notre « groupe local » décrit dans le sujet précédent) sont identiques quel que soit l’endroit où a lieu l’observation. Ce qui fut effectivement confirmé. Toutefois, pour des raisons restées plutôt mystérieuses (philosophiques ? Religieuses ?), Einstein avait conclu à un univers statique et fini, c'est-à-dire toujours de la même taille. Pour cela, compte tenu de ses calculs, il lui fallait ajouter une force susceptible de s’opposer à la gravitation (qui attire les objets entre eux), en l’occurrence une force dite répulsive (qui, au contraire, éloignerait ces mêmes objets). Il la nomma « constante cosmologique » et l’introduisit dans ses équations. Cependant, pour que son modèle réponde effectivement à un Univers statique, il lui donna une valeur exactement égale à celle des forces de gravitation. On sait aujourd’hui que cette proposition est fausse. Einstein, par la suite, affirma que « ce fut la plus grande erreur de sa vie ». On lui pardonne aisément… d’autant que cette constante cosmologique revient actuellement en état de grâce (mais quelque peu différente) comme on va le voir par la suite.

Observation de l’expansion de l’Univers

     L’univers est donc plutôt en expansion mais en expansion comment ? En réalité, les scientifiques qui s’étaient attelés à la lourde tâche d’évaluer sa dynamique croyaient que son accroissement devait forcément se ralentir. Brian Schmidt, (prix Nobel en 2011 pour ses travaux entrepris avec son collègue Adam Riess) pensait comme la majorité des scientifiques d’alors que les forces de gravitation qui attirent les éléments massifs ne pouvaient que ralentir cette expansion. Leurs doutes portaient en réalité sur la question suivante : cette expansion bien que progressivement ralentie allait-elle être infinie ou bien le processus allait-il s’inverser pour aboutir à un repli sur lui-même en un décalque inversé du Big bang appelé Big crunch ?

      Leurs travaux portaient sur une variété bien particulière de supernovas (voir sujet : novas et supernovas) constituées à partir de naines blanches (voir sujet : mort d’une étoile). Ces naines blanches sont des étoiles en fin de vie qui se contractent sous l’effet de la gravitation jusqu’à atteindre la taille d’une simple planète mais, fait remarquable, lorsque leur masse est voisine de 1,4 fois celle du Soleil, elles explosent en quelques secondes en produisant une réaction thermonucléaire gigantesque (supernova) extraordinairement lumineuse et visible de fort loin… Or ces explosions sont toujours identiques quelles que soient les distances d’où on les voit : ce sont de véritables témoins éparpillés dans le cosmos dont on peut calculer la distance… et permettre ainsi l’évaluation de l’expansion de l’Univers dans son ensemble.

     Schmidt fit donc ses calculs… les refit et les refit encore avec toujours le même résultat, incroyable pour l’époque : non seulement la vitesse d’expansion de l’Univers n’allait pas en ralentissant mais, bien au contraire, s’accélérait sans cesse. Énorme émoi dans le Landerneau astronomique pour une raison évidente : si les forces de gravitation n’arrivent pas à ralentir comme prévu cette expansion, c’est que « quelque chose », une force répulsive, les contrecarre. Mais quoi ?

Matière noire et énergie sombre

     En définitive, il existe bien une « constante cosmologique » mais un peu différente de celle imaginée par Einstein puisqu’elle s’oppose si bien aux forces gravitationnelles qu’elle en augmente la vitesse d’expansion totale de l’Univers. Cette mystérieuse force, à ce jour encore inconnue, représente environ 73% de l’énergie de l’Univers. Puisqu’on n’en connaît pas encore la nature, on l’a appelée énergie sombre (voir le sujet : matière noire et énergie sombre). Les éventuels candidats responsables de cette forme particulière (et dominante) d’énergie ont été passés au crible mais sans que l’un quelconque d’entre eux n’emporte la conviction. Bref, on ne sait toujours pas ce qu’il en est. Une chose est sûre : le fait que la seule matière connue (celle dont sont composés nos galaxies et tous les objets observables) ne représente que 4% de l’ensemble (pour 23% de matière noire et 73% d’énergie sombre) ne peut que nous laisser sur notre faim…

Nouvelles méthodes d’évaluation de l’expansion de l’Univers

     On a vu que la principale méthode d’étude de cette expansion (et donc le moyen d’évaluer directement l’action de l’énergie sombre) est celle qui concerne les supernovas. D’autres preuves indirectes existent se fondant notamment sur la mesure du fonds diffus cosmologique (voir le sujet : fonds diffus cosmologique), c'est-à-dire l’étude de la carte résultant du tout premier rayonnement de l’Univers, vers 380 000 ans après le Big bang. Que montre cette étude ? Que l’Univers possède une courbure liée à la gravitation qui est très faible. En d’autres termes, l’Univers est pratiquement plat ce qui n’est possible que si toute la matière qu’il contient (visible ou invisible comme la matière noire) représente environ 25%, l’énergie sombre s’inscrivant pour 75% du total. On retombe sur les chiffres donnés par la première méthode des supernovas…

     Très récemment, une autre approche a été tentée : la mesure des oscillations baryoniques, approche qui arrive au même résultat. De quoi s’agit-il cette fois-ci ? Il s’agit de mesurer les ondes sonores du tout jeune univers, un phénomène qui a dessiné de petites rides dans la répartition de la matière. Ces rides augmentent avec l’expansion à la manière de lignes qui s’étirent progressivement : on peut les mesurer à différentes époques et les résultats, assez précis, donnent la même réponse…

L’Univers est bien en expansion

     On peut donc retenir cette incontestable conclusion : l’Univers est en expansion et celle-ci s’accélère. De plus, nous ne connaissons vraiment que 4% des acteurs de cette expansion, les 96% restants nous étant donc encore inconnus. C’est le modèle cosmologique standard actuellement retenu par les scientifiques et il semble parfaitement cohérent

    Les scientifiques poursuivent donc leurs études, d’autres techniques étant même exploitées : nouvelles mesures d’approche depuis le sol mais également à partir de plusieurs projets spatiaux. Elles ne feront probablement que confirmer ce que l’on sait déjà mais expliqueront-elles pour autant ce que sont ces fameuses forces inconnues ?

L’énergie sombre est la clé de l’explication

      On ne sait pas ce d’où provient cette énergie, nous l’avons déjà dit, mais il est quasi certain qu’elle existe bien. Quelle est son action réelle ? Certaines observations semblent indiquer que l’expansion de l’Univers se serait accélérée il y a 6 milliards d’années (satellite Chandra en 2004) tandis que – rien n’est jamais simple – d’autres prétendent le contraire (satellite européen XMM-Newton). Il faudra donc encore attendre sur ce point.

     Aux yeux de certains, cette question pourrait paraître anecdotique : il n’en est rien car, selon la réponse, trois scénarios peuvent être retenus pour l’avenir de l’Univers dans lequel nous vivons :

. si l’énergie sombre continue à dominer les forces de gravitation, l’expansion s’accélérera et les objets lointains qui ne sont pas liés par les forces de gravitation continueront à s’éloigner les uns des autres à grande vitesse. En pareil cas, d’immenses parties de l’Univers actuellement encore visibles disparaitront de notre champ de vision ce qui rétrécira considérablement nos possibilités d’observation. On peut également penser que l’énergie sombre continuant d’augmenter avec le temps, toute la matière de l’Univers finira par se diluer jusqu’au dernier de ses atomes, laissant un Univers vide et infini : on appelle ce modèle le « Big Rip » ;

. si la densité de l’énergie sombre n’augmente pas (ou très peu) tout restera à peu près en l’état. Notre Galaxie restera la même tandis que tous les autres amas galactiques s’éloigneront constamment ;

. enfin l’énergie sombre peut finir par se diluer avec le temps et même peut-être s’inverser. Les forces gravitationnelles pourraient alors reprendre le dessus et provoquer la contraction de l’Univers pour arriver au Big crunch déjà évoqué, en une sorte de gigantesque balancier cosmique. En l’état actuel de nos connaissances, c’est le scénario le moins probable.

     Il reste donc bien des inconnues et de nombreuses interrogations. Il est certain que connaître la nature exacte de l’énergie sombre permettrait aux chercheurs de se faire une idée plus précise de l’avenir prévisible à très long terme. La solution de cette énigme est peut-être toute proche ou, au contraire, totalement hors de notre portée (comme c’est précis !). Nul ne le sait aujourd’hui. Consolons-nous en nous disant que, en moins d’un siècle, l’astronomie a fait d’extraordinaires progrès dans la compréhension de l’endroit parfois si étrange où nous vivons, même si ces nouvelles et remarquables connaissances posent souvent autant de questions qu’elles ne nous donnent de réponses…

Sources :

. la Recherche, n° 466, juillet-août 2012

. Wikipedia France

Images

1. que sont matière noire et énergie sombre ? (sources : lhcvhm.e-monsite.com)

2. l'amas Abell 1689 (sources : futura-sciences.com)

3. Brian Schmidt (sources : http://fr.wikipedia.org/wiki/Brian_P._Schmidt) 

4. répartition des acteurs de l'Univers (source : thescientist.over-blog.net)

5. fonds diffus cosmologique (source : aither06.free.fr)

6. le Big rip (sources : www.leonardoscienze.it)

(pour en lire les légendes, passer le pointeur de la souris sur les illustrations)

Mots-clés : relativité générale - Edwin Hubble - céphéides - constante cosmologique - Brian Schmidt - supernova - naine blanche - matière noire - énergie sombre - fonds diffus cosmologique - Big bang - modèle cosmologique standard - Big rip - Big crunch

(les mots en blanc renvoient à des sites d'informations complémentaires)

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2. fond diffus cosmologique

3.  les premières galaxies

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5.  Edwin HUBBLE, le découvreur

6.  novas et supernovas

7.  les étoiles primordiales

8.  galaxies cannibales

     Il y a quelques mois, j’ai abordé une stratégie d’évolution assez fréquente dans la Nature, le mimétisme (cf. sujet : le mimétisme, une stratégie d'adaptation). Mais il existe un autre phénomène adaptatif bien plus répandu chez les êtres vivants, le parasitisme, dont certaines formes sont redoutables d’ingéniosité.

     La Vie sur Terre revêt souvent des aspects complexes, parfois même totalement inattendus. Il est vrai qu’elle a eu des centaines de millions d’années pour prospérer dans une compétition âpre et soutenue. Sous l’action de la sélection naturelle, les espèces se sont transformées pour mieux s’adapter, la plupart d’entre elles, moins performantes ou victimes d’un hasard contraire, ayant d’ailleurs aujourd’hui disparu. Dans ce combat de tous les instants pour la survie, il n’y a pas que la lutte entre prédateurs et proies : le parasite et son hôte sont une autre forme de compétition et je vous propose donc de nous y intéresser aujourd’hui.

Une stratégie évolutive

     Le parasitisme est une relation entre deux individus dans laquelle un des protagonistes tire profit soit en se nourrissant, soit en s’abritant, voire en se reproduisant grâce à l’autre, appelé hôte, que ce dernier soit conscient ou non de la relation. Deux points semblent d’emblée importants à souligner : tout d’abord, il s’agit d’une relation durable, contrairement à celle liant un prédateur à sa proie, forcément éphémère ; ensuite, il convient de bien comprendre que le parasitisme est répandu chez tous les êtres vivants (à l’exception notable des échinodermes comme les oursins ou les étoiles de mer) et qu’il est bien plus fréquent qu’on ne l’imagine habituellement. C’est indéniablement une stratégie d’adaptation adoptée par de multiples espèces qui « économisent » ainsi leur énergie en utilisant celle des autres.

Il existe différentes sortes de parasites :

* les ectoparasites sont présents à l’extérieur de l’hôte : par exemple, chez certains poissons, le parasite se loge dans les branchies ou dans des replis de peau tandis que, chez les plantes, les épiphytes se servent d’autres plantes comme supports afin de prélever sels minéraux et humidité de l’air.

* les endoparasites sont directement présents dans le corps de l’hôte : il peut, par exemple, s’agir du tube digestif, du sang, du foie, des muscles, etc.

* des formes intermédiaires ont été décrites et on parle alors de mésoparasites : en pareil cas, le parasite s’incruste dans une cavité en relation avec l’extérieur, la cavité buccale, par exemple.

     Quoi qu’il en soit, il s’agit d'une compétition qui relève de la sélection naturelle et donc de l’Evolution. Depuis des millions d’années, parasites et hôtes se livrent à une bataille féroce où chacun des protagonistes rivalise d’inventions évolutives rapidement neutralisées par les contre-mesures de l’adversaire : l’hôte évolue pour se débarrasser (ou ne pas rencontrer) son parasite tandis que ce dernier évolue pour pouvoir continuer à profiter de son support.  Les scientifiques parlent alors de coévolution.

Avantages et inconvénients du parasitisme

     Si l’Evolution a permis la sélection et le maintien de tant de formes de parasitismes, c’est que la stratégie doit à terme rapporter. Pourtant tout n’est pas toujours facile pour le parasite.

     Au rang des inconvénients, il paraît évident que le parasite est dépendant de son hôte et doit donc être obligatoirement mis en sa présence. Par ailleurs, si le parasite se sert de son hôte pour se reproduire, il lui faudra vivre une existence cyclique faisant appel parfois et dans un ordre donné à plusieurs hôtes intermédiaires ce qui complique sa situation. Enfin, le parasite doit ménager son hôte, une action trop brutale pouvant occasionner la mort de son support et donc la disparition de ses ressources…

     A contrario, le parasite bénéficie de certains avantages : l’hôte peut se déplacer, parfois dans des territoires totalement hors de portée du parasite, contribuant ainsi – le plus souvent involontairement – à disséminer ses moyens de reproduction. D’autre part, l’hôte fournit à son parasite des ressources (nourriture, énergie) et un habitat stable qui, notamment en cas d’endoparasitisme, peut se révéler être un refuge contre d’éventuels prédateurs.

     Il existe nombre de stratégies de parasitisme, parfois fort simples quoique très efficaces, mais également d’autres extraordinairement complexes, comme seule l’Evolution peut en permettre l’apparition au fil des milliers de siècles au cours desquels chacun des protagonistes a pu affuter ses armes. Il peut alors s’agir d’une véritable manipulation de l’autre !

L’art subtil de la manipulation

     Le parasitisme prend parfois des formes surprenantes au point que l’œil non avisé en arrive à se demander comment de telles prodigieuses conduites sont possibles et finit peut-être par se persuader qu’il s’agit là de processus préétablis : il n’en est rien car seules les gigantesques durées de temps concernées et l’Evolution qui les a peuplées sont en cause. En voici quelques exemples.

* une guêpe machiavélique

     J’avais, dans un sujet précédent, rapporté l’exemple de la guêpe fouisseuse chère à l’entomologiste Fabre (voir : indifférence de la Nature) mais d’autres guêpes se font aussi une spécialité de la capture de proies vivantes pour leur progéniture. Prenons, par exemple, le cas de la guêpe tropicale Ampulex compressa. Voilà un insecte qui chasse les cafards dans un but bien précis. Dès qu’elle a repéré sa victime, la guêpe se jette sur elle et la pique deux fois : au thorax pour lui immobiliser temporairement les pattes antérieures et à la tête pour inhiber les régions neuronales qui commandent la marche. La guêpe s’éloigne alors tranquillement tandis que le cafard, désorienté et devenu l’ombre de lui-même, passe un long moment à tourner en rond et à faire stupidement sa toilette… La guêpe est de retour : elle ne perd pas de temps. D’abord, elle s’assure que sa manipulation à bien marché en donnant un coup de tête à sa victime. Pas de réaction notable. La guêpe peut alors couper les antennes du cafard et s’en servir pour perforer la carapace de sa proie et lui sucer l’hémolymphe qui est le sang des insectes. Cela fait, la guêpe s’empare de sa victime qu’elle traîne jusqu’à son terrier. Une fois à bon port et protégée des aléas extérieurs, elle pond un œuf  sur une des pattes du cafard, œuf qui éclot en deux jours. La larve sait alors comment se comporter : elle dévore progressivement le cafard de l’intérieur en prenant bien garde de le maintenir en vie (pour garder fraîche la nourriture). Il lui faudra environ un mois et demi pour ne laisser qu’un cadavre momifié… Cauchemardesque ? Pour nous, oui, mais la guêpe se moque de nos conventions humaines qui n’ont pas cours dans la nature. Ce qui compte pour elle, c’est qu’elle nourrisse convenablement sa progéniture et, cela, elle le fait très bien…

*  la douve du foie

     L’Homme n’échappe évidemment pas au parasitisme : celui bien connu de la tique, par exemple, dont certaines espèces peuvent parasiter trois hôtes intermédiaires, le dernier pouvant être justement Sapiens (perchée sur un brin d’herbe, elle se laisse tomber à son passage) chez qui elle peut entraîner la survenue de maladies très sérieuses comme la maladie de Lyme. Mais il existe bien d’autres candidats…

     Enfant, je me souviens parfaitement avoir entendu à la radio, un fait divers où toute une groupe de vacanciers ayant mangé du cresson sauvage avait été contaminé par la « douve du foie » : rien que le nom du parasite m’avait alors effrayé ! De quoi s’agit-il en réalité ?

     La douve la plus redoutable est probablement la grande douve appelée fasciola hepatica ; il s’agit d’un ver trématode qui peut infecter salade crue, cresson sauvage, mâche, etc. (d’où d’ailleurs la nécessité de laver abondamment ces aliments ou, mieux encore, de ne manger que ceux dont la provenance est sûre). Normalement, le ver parasite essentiellement les ruminants (le mouton surtout) et parfois le cheval. Une fois dans ce type d’hôte, il prospère en se nourrissant de sang et de cellules hépatiques car son lieu de prédilection est le foie et les canaux biliaires. Mais ses œufs ne peuvent éclore chez cet hôte : il leur faut migrer. Ils quittent donc leur premier hôte avec ses excréments et se retrouvent à l’air libre où ils vont donner naissance à une larve minuscule qui va chercher son premier hôte intermédiaire, un mollusque gastéropode d’eau douce. Une fois dans le corps du mollusque, la douve se retrouve sous la forme d’une nouvelle larve (rédie) qui prospère, en ressort encore différente (cercaire) et nage afin de trouver l’endroit idéal pour être absorbé par un nouvel hôte où elle pourra recommencer le cycle. Très fréquente chez les ruminants, elle est donc rare chez l’Homme qui consomme des aliments en principe protégés… sauf exception. Pouvant mesurer jusqu’à 2 à 3 cm de long – et bien que l’Homme ne soit pas l’hôte le plus approprié pour elle – la douve peut entraîner une symptomatologie clinique parfois sérieuse après un mois d’incubation durant lequel les douves (elles peuvent bien sûr être plusieurs) se développent. Bref, un parasite à éviter !

     Il s’agit là d’une forme classique de parasitisme où le parasite vit aux dépens de son hôte et profite de lui pour assurer les différents stades de son développement. Parfois, au-delà du profit immédiat et essentiellement matériel, il existe des parasites qui modifient le comportement de leurs hôtes pour arriver à leur fin…

* le champignon tueur de fourmis

     Un champignon, on le sait bien, ne peut pas se déplacer seul. Voilà la raison pour laquelle il parasite le cerveau d’une fourmi. Ce champignon s’appelle Ophiocordyceps unilateralis et peuple certaines forêts du Brésil. La fourmi, elle, est d’espèce charpentière, c'est-à-dire qu’elle creuse son nid dans les arbres, plutôt à leur sommet. Malheur à elle si elle rencontre notre champignon parasite : la fourmi perd immédiatement ses repères et entreprend de redescendre vers le sol mais pas n’importe où. Elle « choisit » un endroit situé à 25 cm de hauteur, où l’humidité est maximale et la température comprise entre 20 et 30°. Arrivée là, elle mord une feuille… et meurt. Le champignon qui s’était fixé sur elle peut tranquillement produire des filaments sur la tête de l’insecte de manière à former une sorte de tige d’où des spores seront disséminées au gré du vent. Dans la zone d’environ un m² alors formée, il ne fera pas bon d’être une fourmi… Grâce à la prise de contrôle du cerveau de la fourmi, le champignon peut donc se déplacer et se reproduire. Et ce n’est pas récent : des fossiles de feuilles datant de 48 millions d’années montrent déjà de telles morsures de fourmis. Comment fait-il ce champignon pour parasiter sa proie et pourquoi celle-ci meurt-elle en mordant la feuille ? On ne le sait pas encore…

* le protozoaire modifiant le comportement des rats

     Un protozoaire est un petit organisme composé d’une seule cellule : c’est, par exemple, le cas de la paramécie. L’un d’entre eux s’appelle toxoplasma gondii (voir la "brève" en fin d'article) et il parasite de nombreux hôtes intermédiaires chez lequel il vit mais ne peut se reproduire : il lui faut donc trouver son hôte « final » (comme la douve chez le mouton), hôte où il pourra avoir une descendance et pour ce protozoaire là, l’hôte de ses rêves est le tube digestif du chat, et uniquement lui… Mais comment l’atteindre ? En passant par un hôte intermédiaire, le rat, dont on sait qu’il est souvent croqué par notre félin familier. Oui, mais s’en remettre au hasard d’une rencontre finalement fortuite est insuffisant pour notre parasite : une équipe de chercheurs de Stanford (USA) a pu ainsi montrer que toxoplasma gondii modifie le comportement du rat jusqu’à le laisser se faire manger par le premier chat qui passe ! Il ne supprime pas la peur du chat chez le rat (comportement trop humanisé dont la Nature n’a que faire) mais entraîne chez lui une attirance invincible à laquelle ne peut échapper le rongeur malgré sa terreur… Subtil, non ?

* la mouche anti-ruches

     Autre exemple de parasitisme « dirigé » qui concerne les abeilles : celles-ci, on le sait, sont malades des temps actuels. En Amérique du nord notamment, certains apiculteurs retrouvent parfois au petit matin leurs ruches quasiment vides : quelques rares abeilles encore présentes mais en nombre si faible que la ruche est condamnée… or, fait extraordinaire, on ne trouve aucun cadavre d’abeille ; tout se passe comme si les insectes avaient déserté leur demeure ! On a bien sûr incriminé les pesticides, virus, antibiotiques, prédateurs multiples et même certains champignons mais sans aucune preuve directe, rien que des soupçons… jusqu’à ce que les scientifiques s’intéressent à la mouche Apocephalus borealis. Il s’agit d’un parasite des bourdons et de certaines variétés de guêpes jusque là peu intéressé par les abeilles, croyait-on. En fait, la mouche parasite est très difficile à repérer car elle pose ses œufs sur les pattes des abeilles en deux à trois secondes puis disparaît. Etudiées en laboratoire, on s’est vite aperçu que les abeilles parasitées perdaient leurs repères : elles tournent en rond, totalement désorientées et sont attirées par la lumière ce qui explique qu’elles quittent leurs ruches au beau milieu de la nuit. Une semaine après son départ, on retrouve l’abeille morte et de son thorax émerge une dizaine de larves… Comment s’y prend cette mouche ? L’abeille est-elle un hôte nouveau pour elle ? Cela peut-il (en partie) expliquer le déclin du monde des abeilles ? Tout cela est à l’étude.

Une stratégie de survie comme une autre

     A l’opposé de l’attaque la plus souvent brutale du prédateur sur sa proie, il existe donc une autre forme d’adaptation, en apparence moins visible, le parasitisme. Ici,  « la proie », l’hôte, semble moins en danger immédiat que celle du prédateur. Toutefois, il s’agit souvent d’une simple apparence : l’hôte finit toujours par pâtir de son parasitisme. Quand il ne s’agit pas d’une mort programmée (dont on vient de voir quelques exemples), l’hôte a toujours quelque chose à perdre et le parasite quelque chose à prendre, nourriture, énergie ou lieu de reproduction. Et cela ne peut pas être sans conséquence sur sa victime involontaire…

      Il existe quelques rares exemples, c’est vrai, où les deux protagonistes arrivent à équilibrer exactement leurs besoins et leurs servitudes : c’est le cas du lichen où une algue et un champignon ont fini par trouver une stabilité réelle dans ce que l’on appelle une symbiose. Il s’agit là d’une exception.

     La Vie est une compétition et, finalement, tout dépend du point de vue d’où l’on se place : par exemple, les milliards de germes qui peuplent notre tube digestif sont nos alliés totalement indispensables mais qu’une espèce pathogène se développe là où on ne l’attendait pas et tout se détraque. Le parasitisme est un moyen comme un autre de subsister : en poussant le raisonnement à son extrême, on peut se demander si l’on n’est pas toujours le parasite d’un autre. Dans cette optique et ramenée à l’ensemble de la Terre, l’Homme, qualifié dans un sujet précédent de prédateur suprême, applique peut-être également le plus élaboré des parasitismes.

Sources

. Wikipedia France (http://fr.wikipedia.org)

. Science & vie, n°1137, pp. 100-107, juin 2012

. Futura Sciences (http://www.futura-sciences.com/)

Brève : toxoplasma gondii, le parasite qui incite au suicide

L’article cité en référence paru dans le numéro d’août de l’une des revues de référence de la psychiatrie, The Journal of Clinical Psychiatry, n’est pas le premier à évoquer les liens susceptibles d’exister entre une infection par certains parasites et les tentatives de suicides. Mais cet article retient l’attention par la solidité des résultats présentés et leur cohérence avec un autre travail publié le mois précédent.

Dirigé par Teodor T. Postolache (Département de psychiatrie de l’université du Maryland, Baltimore), ce travail s’est intéressé au rôle de l’infection à Toxoplasma gondii chez les suicidaires. Cinquante quatre patients admis à l’hôpital universitaire de Lund (Suède) pour tentative de suicide ont été comparés à 30 témoins recrutés par randomisation au sein de la population générale adulte de la ville de Lund. Des prélèvements sanguins ont permis de mesurer les taux d’immunoglobulines G dirigées contre Toxoplasma gondii, le cytomégalovirus et le virus herpès simplex de type 1.

Selon les calculs faits par les auteurs, le risque de faire une tentative de suicide est 7 fois supérieur en cas de séropositivité à Toxoplasma gondii (OR = 7.12 ; IC 95% : 1.66-30.6, p=0.008) ; en revanche, il n’existait pas de relation entre suicide et séropositivité au cytomégalovirus ou au virus herpès simplex de type 1.

Ce résultat est en concordance avec un autre travail publié le mois dernier dans une autre grande revue de psychiatrie, Archives of General Psychiatry, mené conjointement par l’équipe du Dr Postolache et une équipe danoise (Dr Bent Norgaard-Pedersen ; Copenhague). Il s’agit cette fois d’un travail mené sur une cohorte de 45 788 mères dont le taux d’IgG anti-toxoplasmique a été mesuré à l’occasion d’une grossesse menée entre 1992 et 1995. Au sein de cette cohorte, il est apparu que le risque relatif de suicide était plus que doublé (RR = 2.05, IC 95% = 0.78-5.20) chez les mères séropositives vis-à-vis de Toxoplasma gondii. Agent de la toxoplasmose, Toxoplasma gondii agirait sur le risque suicidaire via un phénomène inflammatoire au niveau du cerveau.

(Sources : http://www.egora.fr/ )

Images

1. tiques multiples chez un chien (sources : lasplash.com)

2. un pou, parasite des humains (sources : symbiont.weebly.com)

3. larve de guèpe dryinide parasitant une nymphe d'homoptère (sources : entomofaune.qc.ca)

4. guêpe ampulex paralysant sa proie (sources : flickriver.com)

5. douve du foie (sources : al-wassat.com)

6. fourmi mordant une feuille avant de mourir (sources : scientificamerican.com)

7. abeille parasitée (sources : nhm.org)

8. lichen (sources : educreuse23.ac-limoges.fr) 

 (pour en lire les légendes, passer le pointeur de la souris sur les illustrations)

Mots-clés : mimétisme - sélection naturelle - parasite/hôte - prédateur/proie - Jean-Henri Fabre - coévolution - stratégie adaptative - symbiose

(les mots en blanc renvoient à des sites d'informations complémentaires)

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2. reproduction sexuée et sélection naturelle

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