Première partie. La biosphère :
un magnifique système de flux d’énergie.

Je vous prie d’avance de me pardonner si vous me trouvez quelque peu provocateur : ce n’est pas du tout par intention de provoquer que je serai amené à développer certains paradoxes ; c’est simplement parce que la vérité que nous cherchons n’est pas toujours évidente – pas toujours immédiate. J’essaierai de replacer les problèmes écologiques dans leur cadre le plus général, pour commencer. Et, dans une deuxième partie, de voir un petit peu leurs prolongements sur la vie de tous les jours, sur notre conception de l’homme, etc.

Le paradoxe de Schrödinger

La première enveloppe un peu générale a été proposée dans les années trente par Schrödinger, un Physicien de très grand renom. Il a eu l’audace d’écrire un livre – traduit en français – intitulé : " Qu’est-ce que la vie ? " Il est étonnant que ce soit d’un Physicien que nous vient la question et la réponse. Quand on dit : un nouveau regard sur la vie, je crois qu’on doit commencer par ce point là. Schrödinger propose une expérience très simple : Prenons n’importe lequel d’entre nous ; plaçons-le disons pendant quinze jours dans une boîte, un calorimètre où l’on va mesurer toute l’énergie qui sera fournie et toute l’énergie qui sera rendue. Nous mangeons, nous consommons de l’énergie ; on va compter toutes les colories absorbées. Qu’est-ce que vous restituez comme énergie ? Une partie va se transformer en énergie calorifique, la fameuse chaleur animale. Une partie sera transformée en énergie mécanique, par exemple en faisant du vélo, et on mesure l’énergie dépensée pendant ces quinze jours. Encore un peu d’énergie calorifique, par les excréments. Un petit peu d’énergie électrique, mais c’est tout à fait négligeable. Schrödinger fait le bilan. Ajoutons encore deux autres aspects de l'énergie mécanique qui sont l’énergie potentielle – celle qui dépend de la position où nous sommes par rapport au centre de la terre : c’est notre poids Il n’aura pas changé pendant ces quinze jours – et l’énergie cinétique, qui n’aura pas changé non plus. Eh bien ! Le bilan est nul. Vous aurez rendu au total autant d’énergie que vous en aurez absorbé. Vous n’avez pas accru votre potentiel énergétique pendant ces quinze jours. On verra tout-à-l’heure que pour l’ensemble de la biosphère, c’est la même chose. Alors, demande Schrödinger, pourquoi mangez-vous ? Ce n’est pas vraiment pour absorber de l’énergie, puisque vous la rendez !

Les qualités de l’énergie

Et voilà le début du paradoxe : pourquoi mangeons-nous ? Pour vivre, bien sûr. Mais alors, qu’est-ce que la vie ? Sans entrer dans les détails, ce que nous absorbons, c’est de l’énergie de haute qualité – il faut savoir qu’en physique, il y des énergies de plus ou moins bonne qualité. Et toutes les énergies se compensent – inutile d’insister – vous pouvez transformer de l’énergie mécanique en énergie électrique, celle-ci en énergie chimique, de l’énergie lumineuse en énergie électrique ou mécanique, etc. Il y a conservation de l’énergie, mais toutes les énergies se transforment. Mais certaines sont de meilleure qualité que d’autres. L’énergie chimique est de bonne qualité, parce qu’elle correspond à une structure forte : les structures des protéines, des hydrates de carbone etc. En revanche, on va rendre de l’énergie de moins bonne qualité, essentiellement de l’énergie calorifique qui est de l’agitation désordonnée de molécules. Quand la température de la pièce augmente, les molécules qui sont dedans bougent un peu plus vite, mais c’est de l’énergie diffuse, désordonnée. Alors que l’énergie chimique est une énergie bien structurée. Donc, ce que nous consommons tous les jours, ce n’est pas de l’énergie, c’est de la structure, et, pour être plus précis, c’est de l’information. Car toute structure se traduit en information.

Information et structure

Un mot sur l’information. Il y a, bien sûr, l’information que nous lisons dans le journal. Ce n’est pas ce que mesure la théorie de l’information. Une théorie, c’est-à-dire un ensemble mathématique et physique qui a vu le jour dans les années 1920, et qui a trouvé son sommet en 1949 avec deux très beaux articles d’un certain Monsieur Shannon, qui était un ingénieur de télécommunication. Il travaillait à la Compagnie BEL (communications hertzienne, radio etc.). Le problème de M. Shannon en tant qu’ingénieur était de faire passer dans un câble transatlantique le plus d’informations possibles. Il a donc analysé ce que c’est que l’information dans un canal. Et il a été amené à en donner une définition relativement simple : l’information, c’est une structure. Pensez à un message envoyé par un fil télégraphique, un message en morse : c’est une succession de points, de traits et de silences. C’est une structure. Et quand on parle, c’est aussi une structure : ce sont des phonèmes, non plus des points et des traits, ce ne sont pas des lettres écrites, mais une structure de sons qui s’enchaînent et que vous arrivez à comprendre. C’est aussi dans un flux continu une succession de signaux. Alors, la mesure de l’information, c’est une mesure de l’improbabilité de la structure. Et cela rejoint l’information que vous trouvez dans le journal. Si je dis : Demain, le soleil se lèvera. C’est une information inutile. Si je vous dis : Demain, il fera beau ! Déjà, cela vous intéresse un tout petit peu plus. Et si je vous disais : Demain, il y aura un tremblement de terre ! (surtout ici) ce n’est vraiment pas très probable. Et là, toutes les rédactions de précipiteraient : attention, il va y avoir un tremblement de terre, prenez toutes les précautions nécessaires. Voilà de l’information qui remuerait le monde, parce qu’elle est beaucoup plus improbable. Et donc la mesure de l’information d’un message ou d’une structure, c’est son improbabilité. Si c’est attendu, ce n’est pas intéressant. Si c’est inattendu, si c’est extraordinaire, alors, c’est intéressant et çà apporte de l’information.

Consommer de l’information structurante

Dans une molécule chimique, vous trouvez de l’information, parce que constituer les structures extraordinaires des protéines, de la double hélice de l’ADN etc., ce n’est pas évident a priori, c’est inattendu. Il y a donc dans toute cellule vivante une information qui vient de toute une histoire. Et donc le paradoxe de Schrödinger se résout : c’est bien de l’information structurante que nous consommons. Pour animer – parce que la structure permet aussi de donner un mouvement : si le cœur bat, si le sang circule, si la digestion se fait, tout ce mouvement là est commandé par des protéines, par des structures qui commandent le mouvement. Entre structure et fonctionnement, il y a une liaison indélébile. Donc, nous consommons individuellement des structures fortes, et nous rendons des structures dégradées. C’est bien de l’écologie que je fais là. C’est bien un nouveau regard sur la vie ! Qu’est-ce que la vie ? Je vais le généraliser, je vais le reprendre, vu d’encore plus loin, sur l’ensemble de la biosphère. La biosphère, c’est l’ensemble non seulement des êtres vivants, mais aussi de la basse atmosphère et du sol, tout ce qui contribue à la vie sur terre. Je ne parlerai pas de la vie en dehors de la Terre, cela n’a guère qu’un intérêt anecdotique, je pense.

La biosphère et l’énergie solaire

Eh bien, la situation de l’ensemble de la Biosphère est la même que celle de quelqu’un qui est enfermé dans sa boîte. L’ensemble de la Terre reçoit de l’énergie qui vient du Soleil – on a dit ce matin qu’on retrouverait la lumière ! – L’énergie interne, la geothermie, est tout à fait négligeable. L’énergie qui vient du soleil exerce une pression inimaginable sur l’ensemble du globe terrestre. C’est l’équivalent de 8 bombes atomiques style Hiroshima par minute, à peu près ! C’est 35 bateaux chargés de trinitroglycérine qui exploseraient chaque seconde ! Nous recevons une quantité d’énergie fantastique venant du soleil. Cette énergie, est-ce que la Terre, la Biosphère, la garde, l'accumule ? Non. La Terre ne s’échauffe pas sensiblement ; elle renvoie autant d’énergie qu’elle en a reçue. Même à travers tout le cycle – et Dieu sait s’il est intéressant – des orages, des pluies, de l’évaporation qui consomme beaucoup d’énergie, provenant des nappes d’eau et des océans, qui retombe en pluie, et puis l’érosion, tout cela c’est de l’énergie qui se promène, et aussi ce qui monte dans les plantes, qui va se transformer grâce à l’assimilation chlorophyllienne en hydrates de carbone qui seront consommés par les animaux, toute la biosphère, c’est un magnifique système de flux d’énergie. Et toute cette énergie vient du soleil.

Mais là encore, reprenons le paradoxe de Schrödinger : au total la Biosphère rend autant d’énergie qu’elle en a reçue. Elle l’envoie dans l’espace. Quand la Terre se refroidit la nuit, elle se refroidit exactement comme votre radiateur, plus chaud que la pièce, rayonne son énergie ; la terre rayonne la nuit (et aussi le jour, mais c’est plus sensible pour nous la nuit). Elle envoie son énergie vers le cosmos, et comme elle n’en récupère pas plus au bout de quinze jours que le patient dans sa boîte, elle rend autant d’énergie qu’elle en a reçue. Par contre, ce qu’elle a consommé, ce n’est pas une structure de protéines ni de molécules, c’est de la longueur d’onde, en ce sens que la longueur d’onde qui vient du soleil est relativement courte. Pour simplifier, on peut dire que les photons sont rapides – en fait, les photons vont tous à la même vitesse, mais cela aide à comprendre – on reçoit de la lumière bien chargée d’information, parce que sa fréquence est très forte. Et ce que la Terre renvoie, c’est de l’énergie rayonnante aussi, mais de plus grande longueur d’onde – çà va plus doucement, çà se fatigue un petit peu – mais l’information, ce qu’il y a d’inattendu, est plus faible.

Donc, je termine cette première partie en disant que l’ensemble de la vie, c’est un système de transformation d’énergie qui récupère au départ de l’énergie solaire de haute qualité, l’intègre par les végétaux dans l’ensemble de la biosphère, puis par les chaînes alimentaires passe aux animaux, puis aux décomposeurs, etc., puis aux sociétés humaines. C’est là que le problème des sources prend toute son importance. Notre civilisation consomme des ressources essentiellement énergétiques sous forme de pétrole, aussi un petit peu sous forme d’énergie solaire – on pourra y revenir – mais pour le reste sous forme d’énergie chimique donnée par les plantes, consommée ensuite par les animaux. Voilà ce regard sur la vie, sur l’ensemble de la biosphère, qui, je vous le disais au début, est un petit peu inattendu et en tout cas fondamental : c’est bien le fondement de notre vie, et de l’écologie, qui est la science des relations entre tous les êtres vivants et leur environnement.

Réponse à quelques questions

• Question sur l’énergie qui nous vient du cosmos, au-delà du cosmos. – L’énergie qui vient du reste du cosmos est négligeable par rapport à l’énergie solaire. Mais cela joue un rôle, cela apporte aussi de l’information dans certains cas, puisqu’il peut y avoir du rayonnement cosmique qui va perturber le fonctionnement de certaines cellules génétiques, et qui vont provoquer des mutations. Nous sommes tous soumis à un rayonnement cosmique qui, de temps en temps, produit dans les descendances une mutation. C'est une des sources de mutation – il y en a bien d’autres.

• Comment sait-on que le rayonnement cosmique produit des mutations ? – Par des expériences, en exposant des animaux à ce rayonnement. Il y a toute une gamme de rayonnements : les rayons gamma (produits notamment par les bombes atomiques) sont de très courtes longueurs d’onde. Les rayons X, encore assez pénétrants, ont une longueur d’onde un peu plus longue, etc. On passe ensuite à l’infra-rouge, rayonnement électro-magnétique de même nature que les ondes radio ou les rayons gamma et les rayons X. C’est la même nature : simplement, c’est la fréquence qui change. Après l’infra-rouge vient le visible : pour comprendre l’importance de la fenêtre (04 microns à 08) correspondant au rayonnement visible il suffit de rappeler qu’elle a justement permis l’apparition de l’œil… Après cela vient l’ultra-violet, puis les ondes radio et cela se termine par les ondes kilométriques (autrefois, on écoutait Radio-Luxembourg sous 1500 m.) Le rayonnement cosmique envoie dans toutes les longueurs d’onde, et quand on étudie le spectre d’émission d’une étoile ou d’une nébuleuse, on découvre qu’elle contient du fer ou du nickel, etc.

Il y a deux types de mutation très différents, en particulier pour l’apparition de l’homme. Je note la question des mutations, on en reparlera.

• Les milieux équatoriaux et tropicaux sont plus diversifiés que les régions polaires. La terre est ronde, et c’est la partie la plus directement opposée au soleil qui reçoit le plus d’énergie. Aux pôles, l’énergie arrive très en biais, en biseau : sur 1 cm2 on en reçoit 50 fois moins à peu près. Et les possibilités de vie sont évidemment beaucoup plus faibles aux pôles, et vous remarquerez que les animaux de l’arctique et de l’antarctique sont des carnivores qui mangent du poisson, des crevettes etc. qui ont été produits dans le reste des océans. Les plantes n’ont pas assez d’énergie solaire pour pouvoir donner de quoi manger. Donc, les manchots, les albatros, les baleines mangent des animaux qui ont été produits ailleurs dans les océans. Cela fait partie du système.

Résumé : l’ensemble de la biosphère est un système qui fonctionne grâce à de l’énergie, en récupérant l’information contenue dans cette énergie.